CN101306205A - 一种有源复合催化剂空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明通过先在处理空气中产生高氧化活性的臭氧，然后该空气通过具有高比表面积的催化氧化催化剂将空气中的气态污染物进行吸附富集并利用臭氧对污染物进行完全彻底的催化氧化降解，生成无毒无害的二氧化碳和水等无机小分子，最后对所处理的空气中残留的臭氧进行净化，将其转化为氧气，完成整个空气净化的过程。该过程适用污染物种类广泛，不产生二次污染，整个过程对温度压力没有要求，可在常温常压下进行，所有的催化剂都无毒无害，不采用贵金属，价格低。
Description
技术领域
本发明涉及对空气中的臭气成份和其它有毒有害污染物进行氧化降解以达到净化空气目的的一种净化装置。
背景技术
现有室内污染控制技术主要采用过滤、吸附、催化、光催化和等离子体等方法。常见的室内环境净化产品有喷撒型、覆盖屏蔽型、直接反应型、物理过滤型、催化氧化反应型、低温等离子型等六大类。
早期的喷撒型产品主要是“空气清新剂”等气味遮盖物质，这种方法并没有从实质上清除有毒气体，反而增加了新的挥发性有机污染物。覆盖屏蔽型产品的特点是延缓了甲醛、苯等挥发性有机物的释放，并没有从根本上消除有毒有害有机物。直接反应型类产品，通过化学反应来消除甲醛、苯或氨等污染物，但功能单一，反应底物单一，不能有效去除室内复合化学污染，且反应产物可能产生生物毒性。另外有一种直接反应型方法，就是在处理的空气中发生或者加入臭氧，这种方法显然能够对较多种类的污染物尤其有机污染物进行氧化，但是这种氧化一般只是部分氧化，而且不能根据污染物的含量控制产生的或者加入的臭氧量，从而在处理后的空气中还含有臭氧。而臭氧是一种活泼自由基，对人体具有相当大的危害。研究表明，空气中臭氧含量高于0..2mg/m3的时候，对人体会造成事实上的危害(这也是用臭氧可以杀菌的原因)。这种产品是部分分解了气态有机污染物，加入了一直危害更大的气态污染物——臭氧。物理过滤型产品主要是基于活性炭等高比表面物质对有毒物质的吸附作用，即将污染物从气相转移到固相，由此造成的吸附饱和、吸附剂再生和二次污染等相关问题并未解决。催化氧化反应型产品，利用自然光或空气净化器里面专门设置的紫外光活化激发催化反应，将各种挥发性有机物甚至细菌等微生物氧化成二氧化碳和水，而本身并不消耗。常采用的光催化剂是TiO2，目前需要解决的关键技术问题是如何利用日光进行光催化，提高光催化效率，并完善催化剂的固定技术，避免催化剂被空气中的粉尘覆盖后无法接触光源而失活。另外有一种催化氧化反应型装置，利用具有氧化能力的物质，比如KMnO4、MnO2等，对空气中的气态污染物进行催化氧化，但是这类催化剂很难在常温常压下(由于处理的空气量一般比较大，对其加热加压并不实际)被空气中的分子氧恢复到高氧化态而形成催化氧化循环，实际上只是一种直接反应型装置，而且单纯的KMnO4等氧化剂也很难氧化不同的污染物。低温等离子型产品用低温等离子直接来分解气态有机污染物，但是该种产品需要复杂的等离子发生装置，而且不容易形成稳定的等离子放电。该产品还有一个致命弱点是其产生的等离子在空气中产生臭氧，具有与加入或发生臭氧的直接反应型产品同样的缺点。
尤其需要说明的是光催化氧化型产品，该产品是目前市场上的热门研究和应用产品。但是该种类型产品有一个致命缺点，就是光催化氧化反应一般是一个1级反应，甚至还不到1级，原始的气态污染物如苯或者甲苯，不太可能在经过一次催化剂床层后就完全变成无毒无害的二氧化碳和水，总是有中间产物排出，随着污染物种类的不同，这些中间产物可能比原始污染更加有害。比如中国专利CN1387916A，虽然结合了光催化和臭氧氧化，也对处理过的空气中的臭氧进行了净化处理，但是，其无疑也具有上述缺点。并且，由于光催化剂TiO2比表面积小，而空气流量又较大，对空气中ppm级含量的气态污染物的吸附富集能力有限，使得污染物在催化剂表面停留时间较短，也是无法彻底降解的原因之一。
现有的国内外专利及其它文献一般都是属于上述某一种类型的产品，或者是某种催化剂，如光催化剂TiO2或者氧化催化剂。就申请人所知，几乎没有一个文献能够提供适用的底物广、降解彻底、本身不带来污染的产品。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过先在处理空气中产生高氧化活性的臭氧，然后该空气通过具有高比表面积的催化氧化催化剂将空气中的气态污染物进行吸附富集并利用臭氧对污染物进行完全彻底的催化氧化降解，生成无毒无害的二氧化碳和水等无机小分子，最后对所处理的空气中残留的臭氧进行净化，将其转化为氧气，完成整个空气净化的过程。该过程适用污染物种类广泛，不产生二次污染，整个过程对温度压力没有要求，可在常温常压下进行，所有的催化剂都无毒无害，不采用贵金属，价格低。
本发明技术方案1的发明是一种空气净化装置，其具有一个送风的风扇，依次安装在风路上的臭氧发生装置，以在所处理的空气中发生臭氧；利用臭氧发生装置发生的臭氧对气态污染物进行催化氧化的催化剂，对剩余的臭氧进行催化分解净化的臭氧净化装置。其中，催化氧化催化剂不是一种光催化剂，不需要光源。
本发明技术方案2的发明是一种空气净化装置，其具有一个送风的风扇，依次安装在风路上的臭氧发生装置，以在所处理的空气中发生臭氧；利用臭氧发生装置发生的臭氧对气态污染物进行催化氧化的催化剂，对剩余的臭氧进行催化分解净化的臭氧净化装置。其中，催化氧化催化剂不是一种光催化剂，不需要光源，该催化剂的比表面积大于10m2/g。
本发明技术方案3的发明是一种空气净化装置，其具有一个送风的风扇，依次安装在风路上的臭氧发生装置，以在所处理的空气中发生臭氧；利用臭氧发生装置发生的臭氧对气态污染物进行催化氧化的催化剂，对剩余的臭氧进行催化分解净化的臭氧净化装置。其中，催化氧化催化剂不是一种光催化剂，不需要光源，该催化剂的比表面积大于50m2/g。包括催化氧化和臭氧净化的所有催化反应操作在常温常压下进行。
本发明技术方案4的发明是一种空气净化装置，其具有一个送风的风扇，依次安装在风路上的臭氧发生装置，以在所处理的空气中发生臭氧；利用臭氧发生装置发生的臭氧对气态污染物进行催化氧化的催化剂，对剩余的臭氧进行催化分解净化的臭氧净化装置。其中，催化氧化催化剂不是一种光催化剂，不需要光源，该催化剂的比表面积大于150m2/g，该催化剂由有机或者无机化合物或其混和物负载在活性碳或者Al2O3或者SiO2或者分子筛等高比表面积载体上。包括催化氧化和臭氧净化的所有催化反应操作在常温常压下进行。
本发明技术方案5的发明是一种空气净化装置，其具有一个送风的风扇，依次安装在风路上的臭氧发生装置，以在所处理的空气中发生臭氧；利用臭氧发生装置发生的臭氧对气态污染物进行催化氧化的催化剂，对剩余的臭氧进行催化分解净化的臭氧净化装置。其中，催化氧化催化剂不是一种光催化剂，不需要光源，但是也可以在该催化剂风路的前面或者后面加入光催化剂，以增强对风路中气态污染物的降解能力。包括催化氧化和臭氧净化的所有催化反应操作在常温常压下进行。
附图说明
图1所示为实施例1、2、3、4、5中的空气净化装置
图2所示为实施例5中的空气净化装置
具体实施方式
下面根据图1对本发明实施例1的空气净化器10进行说明。
该空气净化装置具有风路1，其中空气按照5的方向流动。风路中的正极2、负极3和电源4共同组成臭氧发生装置，利用臭氧对空气中的气态污染物净化催化氧化降解的催化剂7装在风路中。空气通过催化剂7后再通过臭氧净化催化剂8将其中剩余的臭氧进行去除比如分解成氧气。
对催化剂7的说明，催化剂7的催化反应在常温常压下进行，由于其不是光催化剂，不需要紫外光。
实施例1的效果：将含有甲醛3mg/m3的空气通过该空气净化器，空气的流速使得其对催化剂7的空速为100000h-1，调节臭氧发生器电源4，使得催化剂7前面的空气中臭氧含量约为0.1％，将经过处理的空气按《GB/T 15516-1995空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》进行检测，甲醛的浓度为0.012mg/m3。未检出臭氧。
下面根据图1对本发明实施例2、3和4的空气净化器10进行说明。
该空气净化装置具有风路1，其中空气按照5的方向流动。风路中的正极2、负极3和电源4共同组成臭氧发生装置，利用臭氧对空气中的气态污染物净化催化氧化降解的催化剂7装在风路中。空气通过催化剂7后再通过臭氧净化催化剂8将其中剩余的臭氧进行去除比如分解成氧气。
对催化剂7的说明，催化剂7的催化反应在常温常压下进行，由于其不是光催化剂，不需要紫外光。其中实施2、3和4的催化剂7的比表面积分别为15，77和198m2/g。
实施例2、3和4的效果：将含有甲醛3mg/m3的空气通过该空气净化器，空气的流速使得其对催化剂7的空速为100000h-1，调节臭氧发生器电源4，使得催化剂7前面的空气中臭氧含量约为0.1％。运转10小时之后，将经过处理的空气按《GB/T 15516-1995空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法》进行检测，实施例2、3和4甲醛的浓度分别为0.011mg/m3、0.003mg/m3、未检出。
下面根据图2对本发明实施例5的空气净化器10进行说明。
该空气净化装置具有风路1，其中空气按照5的方向流动。风路中的正极2、负极3和电源4共同组成臭氧发生装置，利用臭氧对空气中的气态污染物净化催化氧化降解的催化剂7装在风路中。空气通过催化剂7后再通过臭氧净化催化剂8将其中剩余的臭氧进行去除比如分解成氧气。6为一面镀膜TiO2的石英玻璃，该玻璃的另外一面用254nm波长的紫外光进行照射。
对催化剂7的说明，催化剂7的催化反应在常温常压下进行，由于其不是光催化剂，不需要紫外光，其比表面积为198m2/g。
实施例7的效果：将含有甲苯5mg/m3的空气通过该空气净化器，空气的流速使得其对催化剂7的空速为100000h-1，调节臭氧发生器电源4，使得催化剂7前面的空气中臭氧含量约为0.1％。运转10小时之后，将经过处理的空气按《DIN EN 12619-1999固定源排放.测定废气中低浓度全部气态有机碳的质量浓度.使用火焰电离探测器的连续法(Stationary sourceemissions-Determination of the mass concentration organic carbon at low concentrations in fluegases-Continuous flame method；German version EN 12619：1999)》对空气中的有机碳进行检测，未检出有机碳。未检出臭氧。
Claims (7)
1.一种空气净化装置，其特征在于：在空气通过路径内依次装有臭氧发生器、利用臭氧但不利用光源的氧化气态污染物的催化剂、臭氧去除催化剂。
2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于：在空气通过路径内依次装有臭氧发生器以在所处理的空气中发生臭氧、不需要光源但利用所处理空气中经过臭氧发生器发生的臭氧催化氧化空气中气态污染物的催化剂、臭氧去除催化剂以将所处理的空气中剩余的臭氧净化去除。
3.根据权利要求2所述的空气净化装置，其特征在于：利用臭氧催化氧化气态污染物的催化剂具有大于10m2/g的比表面积。
4.根据权利要求3所述的空气净化装置，其特征在于：利用臭氧催化氧化气态污染物的催化剂具有大于等于50m2/g的比表面积。
5.根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于：利用臭氧催化氧化气态污染物的催化剂具有大于等于150m2/g的比表面积。
6.根据权利要求1～5中的任何一项权利要求，其特征在于：不需要光源但利用所处理空气中经过臭氧发生器发生的臭氧催化氧化空气中气态污染物的催化剂在常温常压下进行催化反应。
7.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于：在空气通过路径内依次装有臭氧发生器以在所处理的空气中发生臭氧、不需要光源但利用所处理空气中经过臭氧发生器发生的臭氧催化氧化空气中气态污染物的催化剂、臭氧去除催化剂以将所处理的空气中剩余的臭氧净化去除；需要光源但利用所处理空气中经过臭氧发生器发生的臭氧催化氧化空气中气态污染物的催化剂具有比表面积大于等于150m2/g；装置中所有的催化反应在常温常压下进行。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20081119 |