CN104174271A - 一种室内挥发性有机化合物净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可将室内低含量挥发性有机化合物气体高效去除，从而净化室内空气的装置。本装置包括水帘循环净化***、无纺布过滤***、紫外光裂解及活性炭纤维吸附***、风机。水帘采用的是溢流装置，在循环水中加入适量氧化剂，不仅可吸收氧化部分可溶于水的气体，而且能起到除尘效果；过滤***是采用特殊抗菌处理的再生无纺布，通过在其表面接枝丙烯酸等，增加滤布的使用寿命；紫外灯裂解及活性炭纤维吸附***，可将部分挥发性有机化合物由活性炭纤维直接吸附，其余部分在紫外辐射作用下裂解为离子状态分布的有机废气单体及二氧化碳、水等。本发明的设备不仅净化效率高，而且投资运营成本低、无二次污染，可适用于大多数室内环境。

Description

一种室内挥发性有机化合物净化装置

技术领域

本发明涉及气体处理技术，属于室内空气净化器，具体来说是一种将空气中含有的挥发性有机废气等经过水帘吸收、过滤、光裂解、活性炭纤维吸附等过程，分解氧化成对人体无害的洁净气体。

背景技术

室内空气中的气态污染物除了CO、NH₃等人们熟悉的气体外，还包括大量的挥发性有机化合物。室内的建筑装饰材料、家具、装修制作过程中使用的粘合剂、漆料以及日常生活中使用的洗涤剂、化妆品等化学合成品会向室内放出大量的挥发性有机化合物，如甲醛、甲苯、氯化物、丙酮、苯酚等。医学研究证明气态污染物对人体健康有多方面不良影响。室内TVOC浓度大于0.2mg/m³时，人体会有轻微不适的感觉，TVOC浓度上升到25mg/m³以上时就容易出现头痛等中毒症状，因此室内挥发性有机化合物的去除至关重要。目前国内针对室内环境质量制定了建材污染释放、民用建筑污染控制等一系列国家标准，如GB/T18883-2002《室内空气质量标准》，GB 50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》等。

空气净化器是一种能够吸附、分解或转化各种空气污染物，能有效提高空气清洁度的产品。目前国内空气净化器种类繁多，样式各异，究其空气净化原理主要分为静电式、光催化和吸附式三类。具体说来，静电式是利用电极电晕放电原理，使空气中的粉尘带上电荷，然后利用电场力的作用，将带电粒子捕集在集尘装置上，达到除尘净化空气的目的，对空气中的粉尘等有比较好的去除效果，但通常不适宜净化气态有机污染物，对制造和安装质量要求较高，而且易产生臭氧等二次污染物，初期投资较大，需定期清洗维护；光催化是运用紫外线光束在催化剂作用下对挥发性有机废气进行裂解氧化反应，将有机废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳等，反应迅速，无选择性，因此，该法成为近几年来发展较快的的污染治理新技术，纳米TiO₂是一种新型的高功能精细无机产品，其比表面积大，化学稳定性和催化活性高，价廉且来源广泛，对紫外光吸收率较高，抗光腐蚀性，且没有毒性，使得它在去除气态污染物方面有着明显的优势；吸附式空气净化法相对传统，但仍是目前净化气态污染物的最有效方法之一，其原理是采用多孔性固体吸附剂(活性炭、无纺布、滤纸、纤维、泡沫棉等)处理空气中的气态污染物，使其中的一种或几种组分吸附于固体表面，从而达到气体分离的目的，改性活性炭就是在活性炭中加入适量天然沸石或碘化钾等，可以增加活性炭吸附空气中气态污染物的种类和范围，目前比较流行的改性活性炭是通过浸渍等方法使活性炭颗粒中掺混一些贵金属，这样使活性炭可以有针对性的对一些有机气态污染物进行催化吸附。

我国先后制定了GB/T 18801-2008《空气净化器标准》、JG/T 294-2010《空气净化器污染物净化性能测定》，为各检测机构提供详尽的测试方法方面的指导，对家用空气净化器市场进行规范，促进国家及社会对空气净化产品的监管力度，为社会健康发展提供技术保障。

发明内容

本发明专门针对室内低挥发性有机化合物浓度的情况进行设计，不仅可以高效的去除日常室内空气中的挥发性有机化合物，而且克服了现有技术投资运营成本高、二次污染严重等弊端。

本装置包括小型的水帘循环净化***、无纺布过滤***、紫外光裂解及活性炭纤维吸附***及风机。水帘采用的是溢流装置，并在循环水中加入适量氧化剂，不仅可以吸收氧化部分可溶于水的气体，而且能起到除尘效果，防止二次污染。溢流装置采用的是多道锯齿形溢流堰，或者带压力控制的喷水花洒，形成的多道水帘可以提高吸收效率，水的循环通过离心泵的作用实现。过滤***是采用特殊抗菌处理的无纺布，通过在无纺布的表面接枝丙烯酸、量子点等，在进一步过滤掉小颗粒杂质的基础上有效抑制细菌、病毒的生长，增加滤布的使用寿命，另外在该***中还放置了干燥剂，防止空气湿度过大影响后续光解效率，还能有效保护装置中的电路。紫外灯裂解及活性炭纤维吸附***，活性炭纤维毡包裹的支架呈两层同心圆柱状，三根紫外灯管均匀分布在圆环之间，保证紫外光对纤维毡中吸附的催化剂的全面辐射。该***可将部分挥发性有机化合物由活性炭纤维直接吸附，其余部分在紫外灯、催化剂的作用下裂解为离子状态分布的有机废气单体及无污染的二氧化碳、水等，光催化采用的催化剂为纳米TiO₂、ZnO，通过浸泡方式吸附固定在活性炭纤维毡上，催化光解反应发生。

TiO₂光催化反应是化学物质在催化剂上发生光化学作用的过程，其本质是在光电转换中进行氧化还原反应。TiO₂光催化反应机理非常复杂，在微小的区域中同时发生着一系列的氧化还原反应，一般包括半导体的光激发、活性物种的产生、界面电荷与外界物质转移等基元反应。光催化降解VOCs技术所采用的催化材料通常是半导体纳米材料，研究表明，由于存在尺寸效应，半导体纳米超细微粒产生了一些与块体半导体不同的物理化学特性，可以显著提高其光催化效率。

附图说明

图1为本发明有机化合物废气处理装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的，均应覆盖在本发明的权利要求范围当中。

如图1所示，本发明装置主要包括以下几个部分：水帘循环吸收***1、过滤及干燥***2、紫外光裂解及活性炭纤维吸附***3、风机4。其中，水帘循环吸收***1由外壳11、上下水槽12、13、循环管路14、离心泵15、锯齿形溢流堰16、喷水花洒17、压力平衡装置18、放水阀组成19。外壳的左右两侧开口供气体流通。当下水槽13中有水的情况下，打开离心泵15，通过循环管路14将水引入上水槽12，通过控制离心泵15出水端的阀门控制水量，保证适量水的溢流，形成水帘，为达到更好的水帘吸收净化效果，上水槽12可隔断为多个，设置多道溢流板16；另外，也可在***顶端加压力平衡装置18，在上水槽12底部安装喷水花洒17，同样可起到多层水帘的作用。过滤及干燥***2为水帘循环吸收***1和紫外光裂解及活性炭纤维吸附***3之间设置的夹层，结构简单，左端为抗菌处理过的滤布21，通过板框22挤压的方式固定。夹层的中间安装有隔板23，干燥剂24置于隔板上。紫外光裂解及活性炭纤维吸附***3包含有外壳31、外层活性炭纤维毡固定支架32、外层活性炭纤维毡33、紫外灯管固定支架34、紫外灯管35、内层活性炭纤维毡固定支架36、内层活性炭纤维毡37。活性炭纤维毡包裹的支架32、36呈两层同心圆柱状，三根紫外灯管35均匀放置在圆环之间，由紫外灯管支架34固定，保证紫外光对纤维毡中吸附的催化剂的全面辐射。活性炭纤维毡上吸附有纳米TiO₂、ZnO组成的催化剂，催化光裂解反应发生。装置的右端安装风机4，保证空气流通，循环去除室内空气中的挥发性有机化合物气体，风机由外壳41、风扇42及相关电路组成。

实施例1

去除居室内的挥发性有机化合物气体。室内气体在风机4的作用下，以0.05m³/s风量进入本发明的气体净化装置，PTR-MS检测样品空气中挥发性有机化合物浓度约为800μg/m³。首先经过含有过氧化氢等氧化剂的水帘，去除部分可溶于水的气体，并洗去所处理气体中的灰尘等杂质。水中含有的氧化剂可以将吸收的气体氧化为对环境无污染的成分，并起到杀菌的作用，可明显降低二次污染，装置运行5天，水中的COD值约为20mg/L。之后气体进入过滤装置2，丙烯酸及量子点接枝的抗菌滤布21将残留的灰尘等进一步去除，并起到抑菌、杀菌的作用；干燥剂24的存在使得所处理空气的湿度降低，防止其对装置中电路的破坏。紫外光裂解及活性炭纤维吸附***3是本发明的气体净化装置的核心部分，所处理的空气进入该***，一方面在纳米TiO、ZnO组成的催化剂的作用下，通过紫外光35照射使其部***解为离子状态分布的有机废气单体及无污染的二氧化碳、水等，紫外灯管35主波长为253.7nm，灯管总长425mm，直径28mm，功率为15W，发热功率为4.7W；另一方面，活性炭纤维毡33、36可吸附部分未被裂解及裂解之后形成的组分，活性炭纤维毡的单丝直径10-20μm，孔径以下占95％。最后得到的气体在风机4的作用下排放到大气中，测得处理过的气体中挥发性有机化合物浓度约为20μg/m³。挥发性有机化合物处理效率达到97.5％。

Claims (9)

1.一种室内挥发性有机化合物气体净化装置，其特征在于：这种装置由水帘循环净化***，无纺布过滤***，紫外光裂解及活性炭纤维吸附***组成，其中水帘是通过特定的溢流装置实现，循环水中添加有一定量的氧化剂；无纺布过滤***是经特殊抗菌处理的再生无纺布，并配有普通干燥剂；紫外光裂解及活性炭纤维吸附***中，活性炭纤维表面吸附有紫外光裂解催化剂并对紫外光分解后的组分进行吸附。 

2.根据权利要求1中所述的室内挥发性有机化合物气体净化装置，水帘循环净化***是应用多道锯齿形溢流堰，通过控制循环水量，形成水帘。

3.根据权利要求2中所述的水帘循环净化***，水帘还可通过在上水槽下方安装花洒型喷头实现，水槽上方安装压力控制器。 

4.根据权利要求2或3中所述的水帘循环净化***，循环水中加入过氧化氢等氧化剂，加入氧化剂的量由水的COD_Cr决定，COD_Cr值与氧化剂质量之比为1∶1-1∶10。 

5.根据权利要求1中所述的室内挥发性有机化合物气体净化装置，无纺布过滤***中过滤材料采用表面改性再生无纺布，即在无纺布表面接枝带特定官能团的丙烯酸和碲化镉量子点等。 

6.根据权利要求1中所述的室内挥发性有机化合物气体净化装置，其紫外光裂解及活性炭纤维吸附***是采用吸附有光裂解催化剂的特定活性炭纤维毡包裹呈两层同心圆柱状的金属框架，三根紫外灯管均匀分布在圆环之间。 

7.根据权利要求6中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附***，光裂解催化剂采用的是纳米TiO₂和ZnO，以浸渍的方式吸附于活性炭纤维毡上。 

8.根据权利要求6中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附***，采用的紫外灯照射波长范围是185-254nm，主波长为253.7nm。 

9.根据权利要求6中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附***，采用的活性炭纤维毡的单丝直径1-100μm，孔径范围是1-50nm。