CN105042683B - 室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器 - Google Patents

室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器。该空气净化器包括底盘、位于底盘上的支柱及机身；支柱上方固定有太阳能电池板；机身内包括磷酸铁锂电池储能***、能量传送管理模块、光催化净化控制模块、净化器综合模块、WIFI远程智能控制模块、最大功率点追踪（MPPT）太阳能充放电控制模块、风机、颗粒物过滤网、进风口、送风口和风道。本发明采用太阳能最大功率点追踪供电方案及智能无线控制方案，使用新型纳米复合光催化自清洁材料，是一种自发电免维护智能无线控制空气净化器。

Description

室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器。
背景技术
传统能源的大量使用，如火力发电、煤炭燃烧、汽车尾气等导致的严重的大气污染破坏了我们赖以生存的家园，导致了大范围的扬尘与雾霾天气。除此之外，装修带来的甲醛、苯等有毒有害气体也在侵害我们的健康，不仅有可能诱发呼吸道感染甚至癌变，还可能导致白血病等严重疾病。因此，发展高效成熟的净化空气技术变得迫在眉睫。
现在常用的空气净化技术有：吸附技术、负(正)离子技术、催化技术、光触媒技术、超结构光矿化技术、HEPA高效过滤技术、静电集尘技术等；材料技术主要有：光触媒、活性炭、合成纤维、HEAP高效材料、负离子发生器等，上述各种技术各有优缺点，但均不能高效地净化空气，且市面产品需要频繁更换滤网，给用户带来许多不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，包括底盘(17)、位于底盘上的支柱(10)及机身外壳(1)；支柱(10)上方固定有太阳能电池板(3)；
所述机身外壳(1)内包括磷酸铁锂电池储能***(14)、能量传送管理模块(13)、光催化净化控制模块(4)、净化器综合模块(5)、WIFI远程智能控制模块(11)、最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)、风机(2)、颗粒物过滤网(15)、进风口(12)、送风口(16)和风道(9)；
所述外部太阳能电池板(3)通过最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)与磷酸铁锂电池储能***(14)连接；
所述能量传送管理模块(13)用于控制磷酸铁锂电池储能***(14)为净化器提供电源；
所述光触媒净化模块(8)环绕着风道(9)安置在机身外壳(1)内部中央位置，风道(9)的下方安装了颗粒物过滤网(15)，颗粒物过滤网(15)的下方及风道(9)的上方分别设置了风阀(6)；上方风阀(6)的上方固定有风机(2)；风道(9)的中央处设置有特定波长的紫外灯；
所述净化器综合模块(5)设置在机身壳体内壁，用于采集数据、监测净化器的运行状态并控制净化器的运行；
所述光催化净化控制模块(4)贴附设置在机身壳体内壁，用于光催化降解空气污染物和净化检测；
所述进风口(12)设置在机身外壳(1)靠近底盘的侧面；
所述送风口(16)设置在机身外壳(1)的顶部；
所述WIFI远程智能控制模块(11)与净化器综合模块连接，用于传送净化器综合模块(5)的数据并接受外部远程控制命令。
按上述方案，所述太阳能电池板(3)，能够上下左右调整角度，并且能通过横杆与固定架在水平方向和竖直方向上调整其与支柱(10)的距离以及离地高度。
按上述方案，所述风机(2)开启时，上下两个风阀(6)均开启，待净化的空气从进风口(12)进入，通过下方风阀(6)穿过颗粒物过滤网(15)，到达风道(9)，此时两个风阀(6)、风机(2)关闭，风道内的待净化空气与光触媒净化模块(8)反应一段时间后，风机(2)、两个风阀(6)均开启，将净化后的空气通过送风口(16)送出，换进待净化空气；
按上述方案，所述光触媒净化模块(8)的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料。
按上述方案，所述TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料，通过电化学方法负载得到，包括以下步骤：
1)去离子水洗涤ACF，在硝酸溶液中浸泡24h，用去离子水再次洗涤后，烘干；
2)按照体积比1：(2-8)：(50-80)量取TiCl4溶液、H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液，待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加质量浓度30％H2O2，待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌40min～60min，陈化，得到稳定的溶胶；
3)在步骤2)的基础上，将步骤1)得到的ACF剪成适当大小，与电源负极相连，电源正极与铂电极连接，将上述ACF与铂电极一同浸入步骤2)所得溶胶中固定，保持距离1cm～5cm，电压3v～10v，保持电流20mA/cm2，通电处理40min～80min；
4)将步骤3)得到的ACF自然干燥后放于真空管式炉中，150℃～400℃的条件下热处理100min，自然降至室温。
按上述方案，步骤1)所述的ACF为市售粘胶基活性炭纤维，比表面积为1300～1500m2/g。
按上述方案，所述的颗粒物过滤网(15)的核心为用于清除颗粒污染物的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料。
按上述方案，所述TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料，通过浸渍法负载得到，包括有以下步骤：
1)按照体积比1：(2-8)：(50-80)量取TiCl4溶液、H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液，待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加质量浓度30％H2O2，待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌40min～60min，陈化，得到稳定的溶胶；所得溶胶烘干后，置于马弗炉350-400℃烧结2h，即可得粉末状纳米TiO2；
2)取定量步骤1)中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：(5～20)将其加入到去离子水中，搅拌10～15分钟后加入(0.5～2.5)wt％TiO2的PEG(分子量4000)，超声一段时间得到TiO2悬浊液；
3)将HEPA(高效空气过滤网)浸入步骤2)所制得的TiO2悬浊液中搅拌10～45min，后置于50～150℃烘箱中烘干。
本发明产生的有益效果是：
1.采用太阳能电池板及最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制器，以达到最优的能量利用率，并且净化器不受电源线约束，扩大净化器的使用范围；
2.加入了WIFI智能控制模块，可以清楚的了解空气净化器的运行状态和空气质量，作出净化模式选择；
3.颗粒物过滤网(15)中的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料可滤除百分之九十以上的PM2.5颗粒，并且具有自清洁功能，无需频繁更换滤网，大大延长净化器寿命；
4.TiO2/ACF(活性炭纤维)复合净化材料，在一定紫外波长下能将甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC等有害有机物、污染物臭气、细菌、病毒等氧化分解成无害的CO2和H2O等无机物。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例中HRSEM形貌图；
图3是图2的X射线能谱仪的分析数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，包括底盘(17)、位于底盘(17)上的支柱(10)及机身外壳(1)；支柱(10)用于固定有太阳能电池板(3)；太阳能电池板(3)能够上下左右调整角度，并且能通过横杆与固定架在水平方向和竖直方向上调整其与支柱(10)的距离以及离地高度；
机身外壳(1)内包括磷酸铁锂电池储能***(14)、能量传送管理模块(13)、光催化净化控制模块(4)、净化器综合模块(5)、WIFI远程智能控制模块(11)、最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)、风机(2)、颗粒物过滤网(15)、进风口(12)、送风口(16)和风道(9)；
所述外部太阳能电池板(3)通过最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)与磷酸铁锂电池储能***(14)连接；
所述能量传送管理模块(13)用于控制磷酸铁锂电池储能***(14)为净化器提供电源；
所述光触媒净化模块(8)环绕着风道(9)安置在机身外壳(1)内部中央位置，风道(9)的下方安装了颗粒物过滤网(15)，颗粒物过滤网(15)的下方及风道(9)的上方分别设置了风阀(6)；上方风阀(6)的上方固定有风机(2)；风道(9)的中央处设置有特定波长的紫外灯；紫外灯将波长为254nm的紫外线均匀照射在光触媒净化模块(8)上，从而使光触媒净化模块(8)能够达到最佳净化效率。
净化器综合模块(5)设置在机身壳体内壁，用于采集数据、监测净化器的运行状态并控制净化器的运行；
光催化净化控制模块(4)贴附设置在机身壳体内壁，用于光催化降解空气污染物和净化检测；
进风口(12)设置在机身外壳(1)靠近底盘的侧面；
送风口(16)设置在机身外壳(1)的顶部；
风机(2)开启时，上下两个风阀(6)均开启，待净化的空气从进风口(12)进入，通过下方风阀(6)穿过颗粒物过滤网(15)，到达风道(9)，此时两个风阀(6)、风机(2)关闭，风道内的待净化空气与光触媒净化模块(8)反应一段时间后，风机(2)、两个风阀(6)均开启，将净化后的空气通过送风口(16)送出，换进待净化空气；
WIFI远程智能控制模块(11)与净化器综合模块连接，用于传送净化器综合模块(9)的数据并接受外部远程控制命令；
WIFI远程智能控制模块(11)以及最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)均被固定在机身外壳(1)的内壁上。
为了达到更好的净化效果，光触媒净化模块(8)的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料。
TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料，通过电化学方法负载得到，包括以下步骤：
1)去离子水洗涤ACF，在硝酸溶液中浸泡24h。用去离子水再次洗涤后，一定温度烘干；ACF为市售粘胶基活性炭纤维，比表面积为1300～1500m2/g；
2)按照体积比1:2:50量取TiCl4溶液、30％H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液。待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加30％H2O2。待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌60min，陈化12h，得到稳定的红色溶胶。
3)在步骤2)的基础上，将步骤1)得到的ACF剪成适当大小，与电源负极相连，电源正极与铂电极连接，将上述ACF与铂电极一同浸入步骤2)所得溶胶中固定，保持距离5cm，电压3V，保持电流20mA/cm2，通电处理40min。
4)在步骤3)的基础上，将步骤3)得到的ACF自然干燥后放于真空管式炉中，400℃的条件下热处理100min，自然降至室温。
TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料的电化学制备方法中，步骤4)TiO2膜层厚度为10～100nm。
颗粒物过滤网(15)的核心为用于清除颗粒物的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料。
其中，TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料，通过浸渍法负载得到，包括以下步骤：
1)按照体积比1：(2-8)：(50-80)量取TiCl4溶液、H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液，待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加质量浓度30％H2O2，待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌40min～60min，陈化，得到稳定的溶胶；所得溶胶烘干后，置于马弗炉350-400℃烧结2h，即可得粉末状纳米TiO2。
2)取定量步骤1)中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：5将其加入到去离子水中，搅拌10分钟后加入0.5wt％TiO2的PEG(分子量4000)，超声一段时间得到TiO2悬浊液。
3)将HEPA(高效空气过滤网)浸入步骤2)所制得的TiO2悬浊液中搅拌30min，后置于70℃烘箱中烘干。
以本发明的产物TiO2/ACF纳米复合光催化材料为例，其组成由EDS(EnerDispersive Spectroscopy，X射线能谱仪)确定。EDS表明，ACF表面分布有Ti元素，且含量与膜厚相符，如图2所示。HRSEM测试表明，TiO2层均匀附着于ACF纤维表面，形成层状均匀薄膜。
实施例2：
一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，其***组成、结构、连接方式同实施例1。
WIFI远程智能控制模块(11)以及最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)组成及连接同实施例1。
光触媒净化模块(8)的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料，其制备方法同实施例1。
颗粒物过滤网(15)的核心为用于清除颗粒物的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料。
其中，TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料，通过浸渍法负载得到，包括以下步骤：
1)步骤1)同实施例1；
2)取定量步骤1)中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：10将其加入到去离子水中，搅拌10分钟后加入1wt％TiO2的PEG(分子量4000)，超声一段时间得到TiO2悬浊液；
3)将HEPA(高效空气过滤网)浸入步骤2)所制得的TiO2悬浊液中搅拌30min，后置于60℃烘箱中烘干。
实施例3：
一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，其***组成、结构、连接方式同实施例1。
WIFI远程智能控制模块(11)以及最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)组成及连接同实施例1。
光触媒净化模块(8)的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料，其制备方法同实施例1。
颗粒物过滤网(15)的核心为用于清除颗粒物的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料。
TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料，通过浸渍法负载得到，包括以下步骤：
1)步骤1)同实施例1；
2)取定量步骤1)中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：15将其加入到去离子水中，搅拌10分钟后加入1.5wt％TiO2的PEG(分子量4000)，超声一段时间得到TiO2悬浊液；
3)将HEPA(高效空气过滤网)浸入步骤2)所制得的TiO2悬浊液中搅拌30min，后置于80℃烘箱中烘干。
实施例4：
一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，其***组成、结构、连接方式同实施例1。
WIFI远程智能控制模块(11)以及最大功率点追踪(MPPT)太阳能充放电控制模块(7)组成及连接同实施例1。
光触媒净化模块(8)的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF(活性炭纤维)复合材料，其制备方法同实施例1。
颗粒物过滤网(15)的核心为用于清除颗粒物的TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料。
TiO2/HEPA(高效空气过滤网)复合材料，通过浸渍法负载得到，包括以下步骤：
1)步骤1)同实施例1；
2)取定量步骤1)中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：20将其加入到去离子水中，搅拌15分钟后加入2wt％TiO2的PEG(分子量4000)，超声一段时间得到TiO2悬浊液；
3)将HEPA(高效空气过滤网)浸入步骤2)所制得的TiO2悬浊液中搅拌45min，后置于90℃烘箱中烘干。

Claims (7)

1.一种室内太阳能光触媒自清洁智能无线控制空气净化器，其特征在于，包括底盘（17）、位于底盘上的支柱（10）及机身外壳（1）；支柱（10）上方固定有太阳能电池板（3）；
所述机身外壳（1）内包括磷酸铁锂电池储能***（14）、能量传送管理模块（13）、光催化净化控制模块（4）、净化器综合模块（5）、WIFI远程智能控制模块（11）、最大功率点追踪太阳能充放电控制模块（7）、风机（2）、颗粒物过滤网（15）、进风口（12）、送风口（16）和风道（9）；
所述太阳能电池板（3）通过最大功率点追踪太阳能充放电控制模块（7）与磷酸铁锂电池储能***（14）连接；
所述能量传送管理模块（13）用于控制磷酸铁锂电池储能***（14）为净化器提供电源；
所述光触媒净化模块（8）环绕着风道（9）安置在机身外壳（1）内部中央位置，风道（9）的下方安装了颗粒物过滤网（15），颗粒物过滤网（15）的下方及风道（9）的上方分别设置了风阀（6）；上方风阀（6）的上方固定有风机（2）；风道（9）的中央处设置有特定波长的紫外灯；所述的颗粒物过滤网（15）的核心为用于清除颗粒污染物的TiO2/HEPA复合材料；所述净化器综合模块（5）设置在机身壳体内壁，用于采集数据、监测净化器的运行状态并控制净化器的运行；
所述光催化净化控制模块（4）贴附设置在机身壳体内壁，用于光催化降解空气污染物和净化检测；
所述进风口（12）设置在机身外壳（1）靠近底盘的侧面；
所述送风口（16）设置在机身外壳（1）的顶部；
所述WIFI远程智能控制模块（11）与净化器综合模块连接，用于传送净化器综合模块（5）的数据并接受外部远程控制命令。
2.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述太阳能电池板（3），能够上下左右调整角度，并且能通过横杆与固定架在水平方向和竖直方向上调整其与支柱（10）的距离以及离地高度。
3.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述风机（2）开启时，上下两个风阀（6）均开启，待净化的空气从进风口（12）进入，通过下方风阀（6）穿过颗粒物过滤网（15），到达风道（9），此时两个风阀（6）、风机（2）关闭，风道内的待净化空气与光触媒净化模块（8）接触一段时间后，风机（2）、两个风阀（6）均开启，将净化后的空气通过送风口（16）送出，换进待净化空气。
4.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述光触媒净化模块（8）的核心为用于消毒灭菌的TiO2/ACF复合材料。
5.根据权利要求4所述的空气净化器，其特征在于，所述TiO2/ACF复合材料，通过电化学方法负载得到，包括以下步骤：
1)去离子水洗涤ACF，在硝酸溶液中浸泡24h，用去离子水再次洗涤后，烘干；
2)按照体积比1：（2-8）：（50-80）量取TiCl4溶液、H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液，待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加质量浓度30%H2O2，待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌40min~60min，陈化，得到稳定的溶胶；
3）在步骤2）的基础上，将步骤1）得到的ACF剪成适当大小，与电源负极相连，电源正极与铂电极连接，将上述ACF与铂电极一同浸入步骤2）所得溶胶中固定，保持距离1cm~5cm，电压3v~10v，保持电流20mA/cm2，通电处理40min~80min；
4）将步骤3）得到的ACF自然干燥后放于真空管式炉中，150℃~400℃的条件下热处理100min，自然降至室温。
6.根据权利要求5所述的空气净化器，其特征在于，步骤1）所述的ACF为市售粘胶基活性炭纤维，比表面积为1300~1500m2/g。
7.根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于，所述TiO2/HEPA复合材料，通过浸渍法负载得到，包括有以下步骤：
1）按照体积比1：（2-8）：（50-80）量取TiCl4溶液、H2O2、无水乙醇，冰水浴边搅拌边向无水乙醇中逐滴滴加TiCl4溶液，待溶液稳定后，向溶液中逐滴滴加质量浓度30%H2O2，待稳定后去除冰水浴，以一定速率搅拌40min~60min，陈化，得到稳定的溶胶；所得溶胶烘干后，置于马弗炉350-400℃烧结2h，即可得粉末状纳米TiO2；
2）取定量步骤1）中所制得的粉末状纳米TiO2，按照钛水摩尔比1：（5~20）将其加入到去离子水中，搅拌10~15分钟后加入（0.5~2.5）wt%TiO2的PEG，该PEG分子量为4000；超声一段时间得到TiO2悬浊液；
3）将HEPA浸入步骤2）所制得的TiO2悬浊液中搅拌10~45min，后置于50~150℃烘箱中烘干。
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