紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，包括光催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體采集循環(huán)系統(tǒng)和恒溫水循環(huán)系統(tǒng)；光催化反應(yīng)系統(tǒng)包括，光催化反應(yīng)器箱體、輻照光源和電源線。本實(shí)用新型紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置能夠測定具有光催化活性的紡織材料，在紫外線或可見光輻照下降解甲醛等有害氣體的反應(yīng)裝置，解決目前不能有效評價紡織材料光催化降解甲醛等有害氣體效能的問題。
【專利說明】紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，具體涉及一種測定紡織材料在紫外線或可見光輻照條件下光催化降解甲醛等有害氣體反應(yīng)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計人們80%以上的時間是在居室內(nèi)度過的，而每年全球有280萬人直接或間接地死于室內(nèi)裝修污染，全球約4%的疾病都與室內(nèi)空氣污染有關(guān)。研究表明，甲醛作為一種具有較高毒性的物質(zhì)，具有強(qiáng)烈的致癌和致畸作用，為室內(nèi)空氣污染物的主要來源之一。1995年甲醛就被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)確定為疑致癌物。室內(nèi)裝飾織物，比如地毯、貼墻布、掛帷、床上用品、家具面套和桌布等，在生產(chǎn)過程中如果使用了含有甲醛的原料和助劑，使得最終產(chǎn)品也會緩慢釋放出甲醛氣體，從而對人們身體造成危害。為此，人們研發(fā)出了能夠光催化降解甲醛等有害氣體的紡織材料，其中負(fù)載納米二氧化鈦、氧化鋅的纖維和織物就屬于這類功能性材料。納米二氧化鈦、氧化鋅主要是作為光催化劑使用，它們能夠光催化氧化水體中或空氣中的絕大多數(shù)有機(jī)污染物，對染料、表面活性劑、農(nóng)藥以及各種難生物降解的有毒有機(jī)污染物也可以有效降解，降解的最終產(chǎn)物為水、二氧化碳和無害的離子等小分子物質(zhì)。目前，我國雖然已經(jīng)制定出了紡織品中甲醛含量的限定標(biāo)準(zhǔn)和測試方法，對公共場所空氣中甲醛、氨等氣體也制定了相應(yīng)的測定標(biāo)準(zhǔn)，但是還沒有能夠有效評判紡織材料光催化降解甲醛等有害氣體能力的反應(yīng)裝置，測試方法、指標(biāo)等也不盡統(tǒng)一。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，能夠測定具有光催化活性的紡織材料，在紫外線或可見光輻照下降解甲醛等有害氣體的情況，解決目前不能有效評價紡織材料光催化降解甲醛等有害氣體效能的問題。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，包括光催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體采集循環(huán)系統(tǒng)和恒溫水循環(huán)系統(tǒng)；光催化反應(yīng)系統(tǒng)包括，光催化反應(yīng)器箱體、輻照光源和電源線。
[0005]本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于，
[0006]其中，光催化反應(yīng)器箱體由內(nèi)層箱體和外層箱體構(gòu)成，內(nèi)層箱體內(nèi)部設(shè)置有輻照光源，輻照光源通過電源線與穩(wěn)壓器連接，光催化反應(yīng)器箱體的正面設(shè)置有密封門，密封門周圍設(shè)置有密封條；光催化反應(yīng)器箱體的頂部開有進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口和出氣口位于光催化反應(yīng)器箱體頂面的對角線的兩端，內(nèi)層箱體內(nèi)設(shè)置有與出氣口連接的延長管；光催化反應(yīng)器箱體的外層箱體的一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體底部的位置設(shè)置有進(jìn)水口，另一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體頂部的位置設(shè)置有出水口。
[0007]氣體采集循環(huán)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子流量計、微型真空泵和氣泡吸收管，轉(zhuǎn)子流量計與微型真空泵和氣泡吸收管依次通過出氣管道連接，出氣管道通入光催化反應(yīng)器箱體上的進(jìn)氣口，轉(zhuǎn)子流量計通過進(jìn)氣管道與出氣口連接；出氣管道靠近進(jìn)氣口的位置設(shè)置有第二閥門；微型真空泵的一端與氣體注入箱相連，氣體注入箱的另一端連接進(jìn)氣管道上。
[0008]恒溫水循環(huán)系統(tǒng)由低溫恒溫槽、出水管和進(jìn)水管構(gòu)成，低溫恒溫槽的出水管與進(jìn)水口連接，低溫恒溫槽的進(jìn)水管與出水口連接，出水管上面設(shè)置有第一閥門。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型基于氣相光催化裝置所涉及到的問題，如反應(yīng)動力學(xué)，質(zhì)量傳遞與混合，流動方式，反應(yīng)物與紡織材料的接觸，溫度控制，以及光輻照等，設(shè)計了光源的位置，光催化紡織材料的固定方式，待處理污染物進(jìn)入光催化裝置的方式，兼顧到簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，操作方便和提高效率，因此能夠準(zhǔn)確、快速、高效地檢測紡織材料在紫外線或可見光輻照下，光催化降解甲醛或氨等有害氣體的效果和能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中，1.輻照光源，2.密封門，3.進(jìn)氣口，4.出氣口，5.進(jìn)水口，6.出水口，7.第一閥門，8.低溫恒溫槽，9.轉(zhuǎn)子流量計，10.微型真空泵，11.氣泡吸收管，12.穩(wěn)壓器，13.氣體注入箱，14.內(nèi)層箱體，15.外層箱體，16.光催化反應(yīng)器箱體，17.第二閥門，18.出水管，19.進(jìn)水管，20.電源線，21.出氣管道，22.進(jìn)氣管道，23.延長管。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]本實(shí)用新型紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，如圖1所示，包括光催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體采集循環(huán)系統(tǒng)和恒溫水循環(huán)系統(tǒng)；光催化反應(yīng)系統(tǒng)包括，光催化反應(yīng)器箱體16、輻照光源I和電源線20。
[0014]其中，光催化反應(yīng)器箱體16由內(nèi)層箱體14和外層箱體15構(gòu)成，內(nèi)層箱體14內(nèi)部設(shè)置有輻照光源1，輻照光源I通過電源線20與穩(wěn)壓器12連接，光催化反應(yīng)器箱體16的正面設(shè)置有密封門2，密封門2周圍設(shè)置有密封條；
[0015]光催化反應(yīng)器箱體16的頂部開有進(jìn)氣口 3和出氣口 4，進(jìn)氣口 3和出氣口 4位于光催化反應(yīng)器箱體16頂面的對角線的兩端，內(nèi)層箱體15內(nèi)設(shè)置有與出氣口 4連接的延長管23 ；
[0016]光催化反應(yīng)器箱體16的外層箱體15的一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體16底部的位置設(shè)置有進(jìn)水口 5，另一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體16頂部的位置設(shè)置有出水Π 6。
[0017]其中，氣體采集循環(huán)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子流量計9、微型真空泵10和氣泡吸收管11，轉(zhuǎn)子流量計9與微型真空泵10和氣泡吸收管11依次通過出氣管道21連接，出氣管道21通入光催化反應(yīng)器箱體16上的進(jìn)氣口 3，轉(zhuǎn)子流量計9通過進(jìn)氣管道22與出氣口 4連接；出氣管道21靠近進(jìn)氣口 4的位置設(shè)置有第二閥門17 ；
[0018]微型真空泵10的一端與氣體注入箱13相連，氣體注入箱13的另一端連接進(jìn)氣管道22上。
[0019]其中，恒溫水循環(huán)系統(tǒng)由低溫恒溫槽8、出水管18和進(jìn)水管19構(gòu)成，低溫恒溫槽8的出水管18與進(jìn)水口 5連接，低溫恒溫槽8的進(jìn)水管19與出水口 6連接，出水管18上面設(shè)置有第一閥門7。
[0020]本實(shí)用新型紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，光催化反應(yīng)器箱體16由內(nèi)外兩層不銹鋼正方體構(gòu)成，其中，內(nèi)層箱體14邊長為50cm，其外表面焊接有不銹鋼加強(qiáng)筋，用來保護(hù)內(nèi)層箱體在水壓作用下不產(chǎn)生壓縮變形；外層箱體15的邊長為60cm，內(nèi)層箱體和外層箱體的六個面的之間的距離均為5cm，光催化反應(yīng)器箱體16的正面中心部位開有一個尺寸為30cmX30cm的密封門2，密封門2的四周用不銹鋼板將內(nèi)、外兩層箱體焊接在一起，使得內(nèi)層箱體14和外層箱體15之間形成一個密封的空腔，保證外層不銹鋼箱體在受水壓作用不產(chǎn)生膨脹變形。
[0021]在密封門2的邊緣貼有密封條，以保證密封門關(guān)閉之后，箱體內(nèi)部的測試氣體不會發(fā)生外泄，打開密封門可以對箱體內(nèi)部光源進(jìn)行更換，調(diào)節(jié)光源高度，放置待測試紡織材料，檢測以及清潔等工作。
[0022]光催化反應(yīng)器箱體16內(nèi)設(shè)置有輻照光源1，輻照光源I可以選用紫外線UVA、UVB、UVC和可見光4種不同波段的光源，其中UVA波段選用主波長為254nm紫外線燈，UVB波段選用主波長為297nm紫外線燈，UVC波段選用主波長為365nm紫外線燈，可見光波段選用模擬日光的金屬鹵化物燈。根據(jù)光輻照環(huán)境的不同，可以選用不同功率大小的紫外線和可見光燈。
[0023]光催化反應(yīng)器箱體16的頂面中心位置開有一個直徑為Icm的小孔，電源線20通過該小孔引入至內(nèi)層箱體，將箱體內(nèi)部設(shè)置的輻照光源I與箱體外部的穩(wěn)壓器12連接在一起，并且該小孔與電源線之間采用密封帽進(jìn)行密封，以保證箱體內(nèi)部的氣體不會外泄。其中，光源穩(wěn)壓器12的作用是保證紫外線燈或可見光燈電壓穩(wěn)定，延長光源使用壽命。
[0024]光催化反應(yīng)器箱體16頂面上設(shè)置有一個進(jìn)氣口和一個出氣口，對沿著正方形對角線的方向靠近箱體邊緣部位設(shè)置有進(jìn)氣口 3和出氣口 4，進(jìn)氣口 3和出氣口 4位于光催化反應(yīng)器箱體16頂面的對角線的兩端。內(nèi)層箱體15內(nèi)設(shè)置有與出氣口 4連接的延長管23，其通至箱體底部，使得箱體中的氣體能夠充分循環(huán)流動。
[0025]光催化反應(yīng)器箱體16的一個側(cè)面上設(shè)置有一個進(jìn)水口 5 ;另一個側(cè)面上設(shè)置有一個出水口 6,其中進(jìn)水口 5位于側(cè)面靠近箱體底部的中間位置,而出水口 6位于另一側(cè)面靠近箱體頂部的中間位置，這樣，低溫恒溫槽8中的恒溫水由出水管18輸送至進(jìn)水口 5，然后流入到內(nèi)層箱體14和外層箱體15之間的空腔內(nèi)，當(dāng)充滿空腔后，再通過出水口 6流出，通過進(jìn)水管19流回低溫恒溫槽8，從而保證不銹鋼箱體處于恒溫狀態(tài)。其中，低溫恒溫槽8使用的是DFY-30/20型低溫恒溫槽，為市售儀器，其有效容積為30L，工作介質(zhì)使用去離子水，循環(huán)泵流速為20L/min，工作溫度可選擇設(shè)置在5?80°C。
[0026]氣體采集循環(huán)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子流量計9選用LZB_(4)BW型轉(zhuǎn)子流量計，調(diào)節(jié)旋鈕可以控制氣體流量大小，其氣體采樣流量范圍O?lL/min。根據(jù)箱體容積和GB/T18204.26-2000《公共場所空氣中的甲醛測定方法》，微型真空泵10選用D831A-23-01型真空泵，該真空泵體積小巧、噪音低、功耗小、易于操作，不會污染氣體。氣泡吸收管11的作用是，當(dāng)光催化反應(yīng)完成以后，微型真空泵將箱體內(nèi)的氣體抽出，引入到汽包吸收管中的吸收液進(jìn)行溶解過濾。氣體注入箱13的作用是將一定摩爾質(zhì)量的待檢測甲醛或氨等有害氣體添加到注入箱中，然后開啟微型真空泵使氣體循環(huán)流動，保證箱體內(nèi)甲醛氣體分布均勻，也可對注入箱進(jìn)行外加熱，以加速甲醛氣體的揮發(fā)。[0027]本實(shí)用新型紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，其測試原理是，將待檢測的紡織材料放置在一定體積的不銹鋼密閉容器中，容器內(nèi)填充有一定濃度的甲醛或氨氣等有害氣體，選用不同功率的紫外線或可見光光源對紡織材料進(jìn)行輻照，其中，輻照光源距紡織材料距離可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過不同時間的輻照之后，使用微型真空泵將降解后的氣體抽出以備進(jìn)行檢測。因此，本實(shí)用新型可以準(zhǔn)確地檢測出紡織材料光催化降解甲醛等有害氣體的性能，為室內(nèi)裝飾織物的設(shè)計、生產(chǎn)和檢測提供依據(jù)。
[0028]研究表明，紡織材料表面包覆有納米TiO2光催化劑時，當(dāng)受到波長小于380nm的紫外線照射，會在表面生成光致電子e_和空穴h+。電子和空穴能夠遷移到纖維表面，分別與其表面的溶解氧和水發(fā)生作用，生成具有高活性的自由基.0H和O2._，二者為甲醛的深度氧化提供了高活性的催化劑，可以將甲醛氧化分解為二氧化碳和水。甲醛的光催化氧化過程是經(jīng)過中間產(chǎn)物甲酸HCOOH而最終被氧化為CO2的。空氣中氧和水的存在是光催化氧化甲醛為CO2和水不可缺少的條件，對光催化反應(yīng)效率有較大影響。
[0029]利用本實(shí)用新型紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置進(jìn)行測試的過程是，
[0030]步驟1，在開啟輻照光源的條件下，在光催化反應(yīng)箱體內(nèi)不放置待測試樣，將一定量的甲醛或其他有害氣體注入到不銹鋼反應(yīng)器中，待達(dá)到充分循環(huán)以后測定空氣中的甲醛或其他有害氣體的濃度Cf
[0031]步驟2，清除反應(yīng)器中的空氣后，放置待檢測紡織材料，注入與步驟I中相同量的甲醛或其他有害氣體，然后開啟輻照光源1，輻照一定時間后測定空氣中的甲醛或其他有害氣體的濃度C2,
[0032]步驟3，根據(jù)公式(I)計算甲醛或其他有害氣體降解率。
[0033]
降解率X100%(I)。
[0034]按照上述的測試方法進(jìn)行測試，各步驟中的的一些具體操作方法為:
[0035]在步驟2中，當(dāng)放置待檢測紡織材料時，應(yīng)將其置于箱體內(nèi)的輻照光源I四周，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)好紡織材料與光源之間的距離，然后依據(jù)所測試的材料和要求，選擇使用不同功率、不同波段的UVA、UVB、UVC紫外線燈或可見光燈，然后關(guān)閉密封門，待接通電源進(jìn)行光輻照。
[0036]在開始輻照的同時開啟恒溫水循環(huán)系統(tǒng)對箱體進(jìn)行恒溫處理，以保證輻照時箱體內(nèi)部的溫度保持穩(wěn)定。其中，恒溫水循環(huán)系統(tǒng)由低溫恒溫槽和水管組成，恒溫槽有效容積為30L，工作介質(zhì)使用去離子水，循環(huán)泵流速為20L/min，工作溫度可設(shè)置在5?80°C，恒溫水由低溫恒溫槽內(nèi)部的循環(huán)泵外引至光催化反應(yīng)器箱體上的進(jìn)水口，再由光催化反應(yīng)器箱體上的出水口管道流回到恒溫槽中。
[0037]測定空氣中的甲醛或其他有害氣體的濃度C2的具體方法是，等待反應(yīng)一段時間后，打開出氣口 4附近的第二閥門17，啟動微型真空泵對氣體進(jìn)行采集。此時，從不銹鋼光催化反應(yīng)器采集來的氣體，首先以一定的流速通過轉(zhuǎn)子流量計9，然后通過微型真空泵10，最后流經(jīng)氣泡吸收管11，這樣空氣中的甲醛或其他有害氣體便會溶解在吸收液中，過濾后的干凈空氣流回到反應(yīng)器中。在整個氣體循環(huán)過程中，微型真空泵起著驅(qū)動氣體循環(huán)的作用，經(jīng)過一段時間，將整個反應(yīng)器中的氣體過濾一遍。[0038]吸收液中的甲醛濃度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18204.26-2000《公共場所空氣中的甲醛測定方法》進(jìn)行測定，吸收液中氨濃度依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT18204.25-2000《公共場所空氣中氨測定方法》進(jìn)行測定，測得輻照一定時間后空氣中的甲醛或其他有害氣體的濃度C2，然后根據(jù)公式(I)計算出氣體的降解率。
【權(quán)利要求】
1.紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，其特征在于，包括光催化反應(yīng)系統(tǒng)、氣體采集循環(huán)系統(tǒng)和恒溫水循環(huán)系統(tǒng)；所述的光催化反應(yīng)系統(tǒng)包括，光催化反應(yīng)器箱體(16)、輻照光源(I)和電源線(20)； 所述的光催化反應(yīng)器箱體(16)由內(nèi)層箱體(14)和外層箱體(15)構(gòu)成，內(nèi)層箱體(14)內(nèi)部設(shè)置有輻照光源(I)，輻照光源(I)通過電源線(20 )與穩(wěn)壓器(12 )連接，光催化反應(yīng)器箱體(16 )的正面設(shè)置有密封門(2 )，所述密封門(2 )周圍設(shè)置有密封條； 所述的光催化反應(yīng)器箱體(16)的頂部開有進(jìn)氣口(3)和出氣口(4)，所述進(jìn)氣口(3)和出氣口(4)位于光催化反應(yīng)器箱體(16)頂面的對角線的兩端，所述內(nèi)層箱體(15)內(nèi)設(shè)置有與出氣口(4)連接的延長管(23)； 所述的光催化反應(yīng)器箱體(16)的外層箱體(15)的一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體(16)底部的位置設(shè)置有進(jìn)水口(5)，另一個側(cè)面上靠近光催化反應(yīng)器箱體(16)頂部的位置設(shè)置有出水口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的氣體采集循環(huán)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子流量計(9)、微型真空泵(10)和氣泡吸收管(11 )，所述的轉(zhuǎn)子流量計(9)與微型真空泵(10)和氣泡吸收管(11)依次通過出氣管道(21)連接，所述的出氣管道(21)通入光催化反應(yīng)器箱體(16)上的進(jìn)氣口(3)，所述的轉(zhuǎn)子流量計(9)通過進(jìn)氣管道(22)與出氣口(4)連接；所述的出氣管道(21)靠近出氣口(4)的位置設(shè)置有第二閥門(17)； 所述的微型真空泵(10)的一端與氣體注入箱(13)相連，所述的氣體注入箱(13)的另一端連接進(jìn)氣管道(22)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紡織材料光催化降解有害氣體反應(yīng)測試裝置，其特征在于，所述的恒溫水循環(huán)系統(tǒng)由低溫恒溫槽(8)、出水管(18)和進(jìn)水管(19)構(gòu)成，所述的低溫恒溫槽(8 )的出水管(18 )與進(jìn)水口( 5 )連接，低溫恒溫槽(8 )的進(jìn)水管(19 )與出水口( 6 )連接，所述的出水管(18)上面設(shè)置有第一閥門(7)。
【文檔編號】G01N21/00GK203572761SQ201320527835
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】張輝, 楊振威, 劉玉琳, 許晶, 吳榮輝 申請人:西安工程大學(xué)