光觸媒反應組件的製作方法

2023-05-18 14:57:44 2

本實用新型涉及一種光觸媒處理部件，可以應用於空氣淨化殺菌除臭等技術領域。

背景技術：

光觸媒是一類以二氧化鈦為代表的，在光的照射下自身不起變化，卻可以促進化學反應，具有催化功能的半導體材料的總稱。二氧化鈦作為一種光觸媒，在吸收太陽光或照明光源中的紫外線後，在紫外線能量的激發下發生氧化還原反應，表面形成強氧化性的氫氧自由基和超氧陰離子自由基，可把空氣中游離的有害物質(各種有機化合物和部分無機物)及微生物分解成無害的二氧化鈦和水，從而達到淨化空氣、殺菌、除臭等目的，這即為光催化技術，它目前被廣泛應用在空氣淨化領域，是一項較為優越的空氣淨化技術。

一般來說，光觸媒必須在紫外線的照射下才能發揮作用。如果不能獲得太陽光照，若想激活光觸媒，則必須另外加上紫外燈。當然，目前還有一些新型的複合催化劑，即在二氧化鈦中加入一些銅、銀等金屬元素增加其活性，在自然光作用下也可發生催化反應。但在空氣淨化器中應用光催化技術時，其所採用的光觸媒無論是傳統的二氧化鈦還是新型的複合催化劑，都需要配備紫外光源或可見光源，其光催化淨化過程是靠風機帶動空氣不斷循環通過有光源照射的光觸媒反應層來實現的。

一般地，在應用同樣光觸媒的情況下，光觸媒反應層與空氣接觸的面積越大、光觸媒反應層與空氣接觸的時間越長、紫外光源輻照強度(或可見光源光照強度)越高，光催化的淨化效果就越好。因此在考慮提升空氣淨化器的光催化淨化效果時，也多是從這幾個方面入手的，即：增大光觸媒層的反應面積、延長氣流通過光觸媒層的時間、提高紫外光源輻照強度(或可見光源光照強度)；當然，通過改良光催化劑的活性也是可以提高淨化效果的。

其中，為提升光催化淨化效果而應用較為廣泛的方法是：選用一些好的光催化劑載體來增大光觸媒層的反應面積，如金屬蜂窩網、泡沫金屬網、活性炭纖維網等，但它們在應用的結構形式上都存在一些不足。金屬蜂窩網光觸媒反應層多是板式結構且有一定厚度，使用單個光源照射時會覆蓋不均勻，這就會削弱一些反應層的作用，甚至會導致有些反應層完全不參與反應。若想覆蓋均勻，可以增加光源數量或增大光源與光觸媒反應層之間的距離，但這會帶來功耗增加或結構尺寸增大的問題。在不增加功耗的情況下，可以考慮將一個強光源分成多個弱光源，但又會帶來削弱輻照強度(或光照強度)的問題。

得益於泡沫金屬網和活性炭纖維網的結構和材料特性，以它們作為載體的光觸媒反應層可以做成筒狀包圍在光源四周，這樣就基本不存在照射覆蓋不均勻的情況。現有技術中公開的文獻可以參考專利號為ZL201320346375.4的中國實用新型專利《一種空氣淨化裝置》(授權公告號為CN203329590U)。類似的還可以參考專利號為ZL201520327349.6的中國實用新型專利《空氣淨化器的光觸媒組件》(授權公告號為CN204952662U)。

但這些反應層使用時做不了太厚，因為光由內層透射到外層時，輻照強度(或光照強度)由於折射作用在不斷被削弱，反應層太厚時，外層基本發揮不上作用。同時這些光觸媒反應層的內部孔隙是相互貫通的，風機在帶動空氣通過這些反應層時，氣流是沿著最小阻力路徑走的，反應層中一定存在無氣流通過的部分，即存在流通氣流分布不均的問題；由於光觸媒反應層不參與截留顆粒物，反應層的內部阻力特性基本不會改變，所以反應層中那些無氣流通過的部分則會一直無法發揮作用。

現有技術中提供了一種改進方案，見專利號為ZL200610028181.4的中國發明專利《薄板組合式光觸媒載體結構》(授權公告號為CN101096014B),該專利包括數片薄板、紫外光源，將數片薄板沿紫外光源的垂直軸線方向呈疊層狀排列組合於一起，紫外光源從數片薄板的中間部位穿過，每一片薄板的表面均載有光觸媒，各薄板之間留有供流體流動的間隙，薄板為迴轉平面。光觸媒載體結構能充分利用紫外光的直線傳播特點，可以使該光觸媒載體獲得超大的紫外光照射比表面積，同時通過增加薄板的數目或拓展薄板的葉片尺寸，相應地調整薄板的排列位置，可以獲得更大的紫外線照射比表面積，當該薄板組合式光觸媒載體結構應用於汙染物處理系統後，能獲得更高的處理效率。該專利通過對薄板是迴轉平面的限制，來提高紫外線照射比表面積。但對於層與層之間的關係及薄板內徑和外徑的之間的限定沒有提出建設性意見，而這些技術點同一方可以做到優化設計。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種在整體體積一定的情況下能最大限度提高紫外有效照射表面積的光觸媒反應組件。

本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為：一種光觸媒反應組件，包括反應板及紫外光源，前述的反應板為至少三片並沿紫外光源的長度方向呈疊層狀組合於一起，每片反應板表面具有光觸媒材料，相鄰的反應板之間具有供空氣流動的光通道，前述的紫外光源貫穿通過反應板的中部，其特徵在於所述的反應板呈圓環狀，所述的紫外光源呈柱狀；所述紫外光源的有效長度大於或等於所述反應板的總高度；位於疊層底端邊緣的反應板中部形成有出風口，所述的光通道沿徑向分割成多個子通道，自出風口向上每層光通道內子通道的數量逐漸遞減或一致。每層光通道沿徑向平均分割形成的子通道數越多，光觸媒反應層的面積就越大，這是有利的，但分割過多同樣會影響到光源向外部的照射。

作為優選，所述的反應板採用金屬鋁合金板或亞克力板。

作為優選，每層光通道軸向高度自出風口向上逐漸遞減或等高。

最靠近出風口的子通道數Y1滿足：其中D2為反應板(1)的內圈直徑，單位為mm，表示小於的最大整數值。子通道數量過多又會反過來影響光源向外部的照射。

所述反應板的內圈直徑為100mm～120mm，外圈直徑為140mm～220mm；所述反應板厚度為0.4mm～1.0mm；所述紫外光源的直徑不超過25mm。這樣的設計是基於以下考慮的：反應板過後會佔用過多空間，但又要保證一定的強度且不易破裂；在不削弱輻照強度(或光照強度)的情況下，光源燈管的直徑越小越好。為了更好的光催化淨化效果，氣流通過反應層的時間越長越好，在風量一定的情況下，這需要反應層通道長度增加，但過長的反應通道會帶來結構尺寸和內部損耗的增加。

所述紫外光源的有效長度不超過300mm，為避免環形通道間隙值過小影響到光源向外部的照射，所述光通道的軸向高度不低於5mm。

所述的紫外光源呈柱狀，直徑不超過25mm；所述紫外光源的有效長度大於或等於所述反應板的總高度，所述紫外光源的有效長度不超過300mm；

與現有技術相比，本實用新型的優點在於：通過對反應板厚度，內圈和外圈直徑大小等限定及子通道數量的合理布置，避免了光源的浪費，減小了因紊流而形成的噪音、延長了氣流在光通道內的反應時間及增加光通道內的反應面積。

附圖說明

圖1為實施例結構示意圖。

圖2為實施例立體剖視圖。

具體實施方式

以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

結合圖1和圖2所示，光觸媒反應組件包括反應板1及紫外光源2，反應板1為數片並沿紫外光源2的垂直軸線方向呈疊層狀組合於一起，每片反應板1表面具有光觸媒材料，相鄰的反應板1之間具有供空氣流動的光通道3，紫外光源2貫穿通過反應板1的中部，反應板1為呈圓環狀，內圈直徑為100mm～120mm，外圈直徑為140mm～220mm；反應板1厚度為0.4mm～1.0mm。

紫外光源2呈柱狀，直徑不超過25mm；紫外光源2的有效長度等於反應板1的總高度，紫外光源2的有效長度不超過300mm；底端邊緣的反應板1中部形成出風口4，

光通道3沿徑向分割成多個子通道31，自出風口4向上每層光通道3內子通道31的數量逐漸遞減或一致；光通道3的軸向高度不低於5mm。最靠近出風口的子通道數Y1滿足：其中D2為反應板(1)的內圈直徑，單位為mm，表示小於的最大整數值。子通道數量過多又會反過來影響光源向外部的照射。

反應板1採用鋁合金板或亞克力板。每層光通道3軸向高度自出風口4向上逐漸遞減或一致。

當進風流量Q不超過2m3/min時，反應板1的總高度為15mm～(50Q+5)mm，光通道3數量不超過10，並且，光通道3數量隨反應板1的總高度的增加而升高。

當進風流量Q滿足超過2m3/min<Q≤5m3/min，反應板1的總高度(50Q+5)mm～(50Q+20)mm，所述光通道3數量不超過15，並且，光通道3數量隨反應板1的總高度的增加而升高。

當進風流量Q滿足超過5m3/min<Q≤6m3/min，反應板1的總高度270mm～300mm，光通道3數量不超過17，並且，光通道3數量隨反應板1的總高度的增加而升高。

實施例1，反應層總高度為H1、光源有效長度(未被遮擋的發光區域)為H2、整體結構外圈直徑為D1、整體結構內圈直徑(即光觸媒結構出風區域直徑)為D2、光源燈管直徑為D3、反應層載體厚度為B1、整體結構在高度方向上形成的環形通道層數為X(其中每層環形通道的間隙值依次記為S1、S2、...、SX，最靠近出風區域的那層環形通道的間隙值為S1，由近及遠類推)、每層環形通道沿徑向平均分割形成的子通道31數依次為Y1、Y2、...、YX(Y1、Y2、...、YX皆為整數。

S1＝5mm、S2＝6mm、S3＝7mm、S4＝8mm、S5＝9mm、S6＝S7＝S8＝S9＝S10＝10mm。

Y1＝Y2＝Y3＝Y4＝Y5＝Y6＝Y7＝Y8＝Y9＝Y10＝12。

D1＝180mm、D2＝100mm、B1＝0.5mm、H1＝90.5mm。

反應板1採用鋁合金板。

對比例1，浸漬塗覆二氧化鈦的疏鬆纖維氈構成的筒狀結構：

外徑180mm、內徑100mm、高度85mm。

對比例2，板狀鋁蜂窩結構：長108mm、寬100mm、厚40mm，其內部實際塗覆有光觸媒層的表面面積和實施例1基本接近。

三種反應結構均塗覆同種二氧化鈦光觸媒，將同種紫外光源2分別與三種結構組合起來構成光觸媒反應裝置進行淨化效果測試，以對甲醛的降解能力作為表徵，測試時的淨化風量控制一致。

試驗步驟：

1、將裝有光觸媒反應裝置的試驗整體裝置放入試驗箱。

2、取一定量甲醛溶液放入燒杯，對其進行稱重並記錄下來(30.13g(含燒杯))，然後將燒杯放到試驗箱中，接著密封試驗箱。

3、通電啟動循環風扇(不啟動紫外燈)，4h後打開試驗箱取出燒杯，接著再密封試驗箱、關閉風機。

4、靜置14h後，通電啟動風機(循環淨化風量為2m3/min)、紫外燈，5min後測定試驗箱內甲醛濃度並記錄下來作為試驗初始濃度值，12h後測定試驗箱內甲醛濃度並記錄下來。

試驗結果：

從上表可以看出採用實施例1的結構在單位時間內空氣淨化效果優於對比比例1和對比例2。