用於催化淨化室內有害氣體裝置的製作方法

2023-12-04 16:03:26

專利名稱：用於催化淨化室內有害氣體裝置的製作方法
所屬領域本發明涉及一種空氣淨化裝置。
背景技術：
隨著人民生活水平的不斷提高，人們對室內空氣品質的要求也越來越高，空氣淨化器也應運而生。
現有的空氣淨化器其基本功能原理為工作時，室內的汙濁空氣通過進風口、過濾膽，層層過濾淨化，潔淨的空氣從出風口吹出，從而將室內的空氣淨化；或者通過高溫的熱催化將空氣中的汙染物苯、甲醛、氨、一氧化碳等部分去除，但是，目前的裝置對上述的有害物質的去除並不徹底。

發明內容
本發明需要解決的技術問題是公開一種用於催化淨化室內有害氣體的裝置和方法。
本發明的用於催化淨化室內有害氣體的裝置包括一端設有氣體入口、另一端設有氣體出口的外殼；設置在外殼內氣體入口處的過濾器；設置在過濾器一側的熱催化單元，其中設有加熱裝置；設置在熱催化單元一側的光催化單元，其中設有紫外燈；設置在光催化單元一側的負離子發生器；設置在負離子發生器一側的加溼器；設置在氣體出口處的引風裝置。
採用上述裝置對內有害氣體淨化的方法，包括如下步驟在所說的引風裝置的作用下，室內有害氣體從氣體入口進入裝置，通過過濾器，將粒徑大於0.3μm的顆粒物過濾去除，不僅達到淨化空氣的目的，也可有效的提高催化劑的使用壽命；過濾後的氣體，進入熱催化單元，在一定溫度下的催化劑的作用下，氣體中的苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等部分或全部去除，催化溫度一般為180～220℃；所說的熱催化劑由載體和負載在載體上的活性組分構成，活性組分為稀土元素和過渡金屬元素所組成，本發明採用稀土元素La、Sr、Mn、Cu、等金屬的硝酸鹽溶液以浸漬法或溶膠凝膠法吸附分布於活性氧化鋁上，以活性組分組成重量計，百分比為La2O35～40％，SrO 5～50％，MnO2 5～30％，CuO 10～50％，載體選自γ-Al2O3；本發明的熱催化劑可採用中國稀土學報2003年12月「納米氧化鈰的製備及其催化性能的研究」文獻公開的方法進行製備，優選的製備方法包括如下步驟優選的方法是將La(NO3)3、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2和Cu(NO3)2按比例混合溶解成水溶液，並按1∶2的重量比例加入檸檬酸，加入氨水調節PH＝9時，將活性氧化鋁浸漬到溶液中24小時後，濾出載體後緩慢加熱烘乾後，分別在300℃和700℃焙燒4小時後，重複以上三次，形成負載型納米複合氧化物催化劑。
採用上述方法獲得的熱催化劑，其理化參數如下比表面積在60～80m2/g。
熱催化分解後的溫度較高的空氣，進入光催化單元，在紫外光的作用下，進一步將殘餘的汙染物轉化成無機物，光催化溫度為20～50℃，光催化劑主要成分為納米二氧化鈦，也可以採用市售產品，如美國保佳公司牌號為BX系列光催化劑；光催化分解後的氣體，通過負離子發生器和加溼器，以達到即淨化空氣又提高空氣品質的目的，然後從氣體出口排出；室內有害氣體在裝置的風量為600～1200立方米/小時，採用本發明的裝置和方法，含有有害氣體的空氣經過熱催化、光催化反應方式將有害氣體催化分解成為潔淨的空氣，其中有害氣體可以為苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等。
熱催化反應是一種以低濃度有機氣體為對象，以納米複合氧化物催化劑進行催化分解的反應過程。其催化原理為有機化合物在催化劑的作用下發生燃燒的化學反應，通過催化燃燒使一些低濃度的有機化合物轉變成二氧化碳和水。主要的反應機理是通過催化劑的作用下，降低反應的勢能壘，從而使反應的能量條件得以降低。空氣汙濁物中的有害物質主要是有機化合物，採用熱、光兩種方式向反應體系提供能量後可以將共價化合物徹底催化分解。
本發明首先突破了室內空氣淨化領域中對空氣淨化只進行物理、化學或物理化學淨化，而改為物理→熱化學→光化學聯合淨化的方法分解有害物質。
第二，與傳統的方法相比較，淨化汙染物的範圍更大、更徹底，並且是從質的方面提高了空氣品質。
另外，在含有有害氣體的空氣進入熱催化反應裝置前，先由一過濾器過濾空氣中的顆粒物，這樣降低了顆粒物及其吸附物對催化劑的影響，提高了熱催化劑效率。在含有有害氣體的空氣進入光催化反應裝置前，先經過熱催化反應裝置，這樣經過預熱的氣體通過光催化劑時會有更高的反應效率。在提高了催化劑效率的過程中，將物理淨化-熱化學淨化-光化學淨化有機的結合在一起。
它巧妙的利用了熱催化反應裝置在工作時需要一定溫度的特點，實現了對淨化以後的空氣的加溫，使它不僅具有空氣淨化的作用，更具有暖風機的作用，特別適合在冬季室內空氣的淨化和加溫。考慮到加溫後的空氣的乾燥，又附加了負離子發生器和加溼功能，從而達到了即淨化空氣又提高空氣品質的目的。充分體現了一機多用、一機多能的特點。
該裝置的光催化光源採用紫外燈，它可以有效地殺死細菌和病毒等微生物，過濾器採用HEPA過濾器，對於粒徑為0.3微米的粒子，去除率不低於99.7％。此過程使得裝置具有阻擋、殺死細菌病毒的功能。


圖1為裝置結構示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明的用於催化淨化室內有害氣體的裝置包括一端設有氣體入口1、另一端設有氣體出口2的外殼3；設置在外殼3內氣體入口1處的過濾器4，優選採用惠菱環境科技有限公司生產的HEPA高密度空氣濾材的過濾器，過濾器選用的過濾材料可以是一般過濾材料，也可以是高效過濾材料，並且最好選用高效過濾材料中的HEPA，的HEPA是英文High Efficiency Particulate Air的縮寫。HEPA是由非常細小的纖維材料重疊交織而成的高效空氣過濾材料，其表面具有多層小凸起，從而使其擁有攔截效率高，吸附容量大等特點，HEPA最初是應用於核能研究防護，現在已經普遍應用於外科手術室、晶體製造、醫藥生產等對空氣品質有嚴格要求的領域，隨著科學技術的發展和人們生活水平的逐步提高，越來越多地使用於民用空氣淨化產品中，並且原料也逐步的由纖維變為玻璃纖維。HEPA過濾器是潔淨室的末級淨化單元，其效率通常以濾掉99.97％以上的0.3μm顆粒物為基準。
設置在過濾器4一側的熱催化單元5，其中設有加熱裝置；設置在熱催化單元5一側的光催化單元6，其中設有紫外燈；設置在光催化單元6一側的負離子發生器7；
設置在負離子發生器7一側的加溼器8；設置在氣體出口處2的引風裝置9。
實施例1熱催化劑的製備將La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)210％和Cu(NO3)240％混合溶解成水溶液，並按1∶2的重量比例加入檸檬酸，加入氨水調節PH＝9時，將活性氧化鋁浸漬到溶液中24小時後，濾出載體後緩慢加熱烘乾後，分別在300℃和700℃焙燒4小時後，重複以上三次，形成負載型納米複合氧化物催化劑。
採用上述方法獲得的熱催化劑，其理化參數如下比表面積在60～80m2/g。
採用圖1所示的裝置。
在所說的引風裝置的作用下，室內有害氣體從氣體入口進入裝置，通過過濾器，將粒徑大於0.3μm的顆粒物過濾去除；過濾後的氣體，進入熱催化單元，在熱催化劑的作用下，氣體中的苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等部分或全部去除，熱催化溫度為200℃；熱催化分解後的溫度較高的空氣，進入光催化單元，在紫外光的作用下，進一步將殘餘的汙染物轉化成無機物，光催化溫度為35℃，光催化劑主要成分為納米二氧化鈦，採用美國保佳公司BX系列的光催化劑；光催化分解後的氣體，通過負離子發生器和加溼器，以達到即淨化空氣又提高空氣品質的目的；室內有害氣體在裝置中的風量600立方米/小時，採用中華人民共和國國家標準《室內空氣品質標準》(GB/T18883-2002)中規定的方法，對空氣淨化前後的質量進行檢測，數據如下苯0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)
甲醛0.65mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)氨0.70mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)一氧化碳0.40mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)丙酮0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)說明6個採樣點呈梅花式分布，濃度值為1小時平均濃度(採樣時間50分鐘)，其餘按照標準操作。淨化後的各種氣體濃度遠低於國標。
實施例2採用與實施例1相同的裝置和方法，其中La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)220％和Cu(NO3)230％混合溶解成水溶液，並按1∶2的重量比例加入檸檬酸，加入氨水調節PH＝9時，將活性氧化鋁浸漬到溶液中24小時後，濾出載體後緩慢加熱烘乾後，分別在300℃和700℃焙燒4小時後，重複以上三次，形成負載型納米複合氧化物催化劑。
採用上述方法獲得的熱催化劑，其理化參數如下比表面積在78m2/g。
室內有害氣體在裝置中的風量800立方米/小時，熱催化溫度為200℃，採用中華人民共和國國家標準《室內空氣品質標準》(GB/T18883-2002)中規定的方法，對空氣淨化前後的質量進行檢測，數據如下苯0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)甲醛0.65mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)氨0.70mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)一氧化碳0.40mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)丙酮0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)說明6個採樣點呈梅花式分布，濃度值為1小時平均濃度(採樣時間50分鐘)，其餘按照標準操作。淨化後的各種氣體濃度遠低於國標。
實施例3採用與實施例1相同的裝置和方法，其中將La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)230％和Cu(NO3)220％混合溶解成水溶液，並按1∶2的重量比例加入檸檬酸，加入氨水調節PH＝9時，將活性氧化鋁浸漬到溶液中24小時後，濾出載體後緩慢加熱烘乾後，分別在300℃和700℃焙燒4小時後，重複以上三次，形成負載型納米複合氧化物催化劑。
採用上述方法獲得的熱催化劑，其理化參數如下比表面積在82m2/g。
室內有害氣體在裝置的風量1200立方米/小時，熱催化溫度為220℃，採用中華人民共和國國家標準《室內空氣品質標準》(GB/T18883-2002)中規定的方法，對空氣淨化前後的質量進行檢測，數據如下苯0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)甲醛0.65mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)氨0.70mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)一氧化碳0.40mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)丙酮0.50mg/m3(淨化前)，＜0.05mg/m3(淨化前)說明6個採樣點呈梅花式分布，濃度值為1小時平均濃度(採樣時間50分鐘)，其餘按照標準操作。淨化後的各種氣體濃度遠低於國標。
權利要求
1.用於催化淨化室內有害氣體裝置，其特徵在於，包括一端設有氣體入口(1)、另一端設有氣體出口(2)的外殼(3)；設置在外殼(3)內氣體入口(1)處的過濾器(4)；設置在過濾器(4)一側的熱催化單元(5)，其中設有加熱裝置；設置在熱催化單元(5)一側的光催化單元(6)，其中設有紫外燈；設置在光催化單元(6)一側的負離子發生器(7)；設置在負離子發生器(7)一側的加溼器(8)；設置在氣體出口處(2)的引風裝置(9)。
2.採用權利要求1所述的裝置淨化室內有害氣體的方法，包括如下步驟在所說的引風裝置的作用下，室內有害氣體從氣體入口進入裝置，通過過濾器，將粒徑大於0.3μm的顆粒物過濾去除；過濾後的氣體，進入熱催化單元，熱催化溫度為180～220℃；所說的熱催化劑由載體和負載在載體上的活性組分構成，活性組分為稀土元素和過渡金屬元素所組成，以活性組分組成重量計，百分比為La2O35～40％，SrO 5～50％，MnO 25～30％，CuO 10～50％，載體選自γ-Al2O3；熱催化分解後的溫度較高的空氣，進入光催化單元，在紫外光的作用下，進一步將殘餘的汙染物轉化成無機物，光催化溫度為20～50℃，光催化劑為上海工程技術大學研製的GHC系列光催化劑，主要成分為納米二氧化鈦，(請公開具體的催化劑的化學組分，配比)，也可以採用市售產品，如美國保佳公司的光催化劑產品；光催化分解後的氣體，通過負離子發生器和加溼器後從氣體出口排出。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，害氣體包括苯、甲醛、氨、丙酮或一氧化碳。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，室內有害氣體在裝置中的風量在600～1200立方米/小時。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，光催化溫度為20～～50℃。
6.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，熱催化溫度為180～～260℃。
全文摘要
本發明公開了一種用於催化淨化室內有害氣體裝置和方法，裝置包括過濾器、熱催化單元、加熱裝置、光催化單元、負離子發生器、加溼器和引風裝置。本發明突破了室內空氣淨化領域中對空氣淨化只進行物理、化學或物理化學淨化，而改為物理→熱化學→光化學聯合淨化的方法分解有害物質，淨化汙染物的範圍更大、更徹底，並且是從質的方面提高了空氣品質。
文檔編號F24F3/16GK1895752SQ20061002835
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者徐菁利, 孫彥剛 申請人:上海工程技術大學