一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置的製作方法

2023-10-22 07:58:27

本發明屬於揮發性有機汙染物VOCs的吸附處理技術領域，具體涉及一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置。

背景技術：

室內空氣中的揮發性有機化合物、微生物是呼吸道疾病和外傷感染的重要元兇，空氣中的可吸入顆粒物也是呼吸道疾病的致病和傳播的重要途徑。而且，目前房屋裝修所用的裝修材料釋放的苯、甲醛等揮發性有機氣體對人體的毒害十分嚴重。因此，通過空氣淨化消毒，特別是公共室內的空氣淨化消毒，對於預防各種疾病的傳播，提高人們的生活環境質量具有十分重要的意義。而室內空氣的淨化可以通過室內外空氣的對流和交換來完成，但在空氣流通不好的室內，空氣的淨化需要藉助空氣淨化器來完成。

為解決揮發性有機汙染物VOCs的危害，上海交通大學碩士學位論文《負載型雙金屬複合氧化物臭氧輔助催化降解低濃度甲醛的性能研究》第三章「Co-MnOx/ZSM-5催化臭氧化降解低濃度甲醛」中提及使用硝酸鈷和硝酸錳摩爾比1:1配比，加入質量比5％ZSM-5分子篩負載於蜂窩陶瓷上500℃燒製成的催化板，配合約10mg/h兩小時3m3密閉艙臭氧累計量2290ppb的臭氧產生量，60m3/h風量，兩小時3m3密閉艙室內將初始濃度1.07ppm的甲醛降至0.44ppm，臭氧濃度在60ppb左右。以及上海交通大學博士學位論文《等離子體耦合催化去除揮發性有機物的研究》第五章「符合金屬氧化物耦合高壓靜電場去除室內VOCs的實驗研究」中提及321ppb臭氧配合硝酸鈷和硝酸錳Co/Mn摩爾比1:1，質量比5％ZSM-5分子篩，500℃燒制的催化板，60m3/h風量下，六小時3m3密閉艙室內將初始濃度0.9ppm的甲醛去除95％，Co/Mn摩爾比1:4甲醛去除80％，臭氧濃度保持在30ppb以下。

然而在實際使用過程中發現，採用上述兩種淨化揮發性有機汙染物VOCs的技術方案依然存在如下技術問題：1、上述兩篇論文使用的是同一試驗臺架，臭氧發生源均為高壓靜電場，高壓靜電場正常工作時產生的臭氧量較小，不能滿足耦合催化板明顯降解甲醛的能力；只有當其尺寸足夠大，或者電壓提高到一定量，或者放電間隙減小到一定距離，放電擊穿間隙中氧氣，產生明顯拉弧現象時，才會放出大量的臭氧，但此時也會電離氮氣，產生大量的氮氧化物。根據已有文獻，此類型催化劑對氮氧化物無明顯去除作用，且氮氧化物擴散到空氣中會對人體有明顯危害，電場拉弧也會對其他電器產生相應的電磁幹擾，因此高壓靜電作為臭氧發生源不適合；2、上述兩篇論文中均使用到了ZSM-5分子篩，目前此分子篩價格較高，平均100g售價70元人民幣左右，大規模投入使用成本較高；3文中指出3min內能循環一次倉內空氣，即通過風量為60m3/h，此情況下如此大的風量在如此狹小風道中通過必定會產生較大的噪音，如果為減小噪音來減小風量也不一定能保證足夠的甲醛去除效果；4上述兩篇論文中雖未明確說明，但可推算其整體尺寸較大，整體長寬高約有0.5*0.15*0.15m3，縮小尺寸仍會影響其甲醛的去除效率；5上述兩篇論文沒有說明此淨化模塊對其他VOCs比如苯及苯系物的去除效果。

技術實現要素：

本發明為解決現有技術中的上述問題，提出一種使用方便、VOCs去除率高、淨化效果好且生產成本低的揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

本發明的第一個方面是提供一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置，包括殼體1和依次設置於所述殼體1內的低溫等離子體發生器4、催化板5和風機6；其中，所述低溫等離子體發生器4和所述風機6分別與電源7和控制器8連接，所述低溫等離子體發生器4與所述電源7之間設有與所述控制器8連接的電流採樣模塊9，所述控制器8分別通過電壓控制器10、風量控制器11與所述低溫等離子體發生器4和風機6連接，以使所述低溫等離子體發生器4和風機6同步運行。

進一步地，所述低溫等離子體發生器4採用選用5mg/h臭氧產生量的日本奧奈特生產的低溫等離子體模塊作為臭氧發生源。

進一步地，所述催化板5採用硝酸鈷和四水乙酸錳試劑按Mn/Co摩爾比3:1配比溶液，選用400目、孔徑1mm、吸水率25％的催化板進行浸漬，烘乾後於400℃燒製成催化板。

進一步地，所述風機6採用尺寸為Φ72mm*30mm、轉速為3800r/min、風量為0-19m3/h的風機。

進一步地，所述殼體1一端的進風口2朝上設置形成上方進風的結構；所述殼體1另一端的出風口3為喇叭狀並呈水平出風的結構設置。

進一步地，所述進風口2和出風口3處分別設有蜂窩狀過濾棉。

進一步地，所述低溫等離子體發生器4設置於所述管道1一端的進風口2下方。

進一步地，所述低溫等離子體發生器4、控制器8、電壓控制器10和風量控制器11分別設置於不鏽鋼屏蔽罩內。

進一步地，所述低溫等離子體發生器4和/或風機6為3線制，所述電壓控制器10和風量控制器11均採用PMW波形控制方式。

進一步地，還包括設置於所述殼體1上的電源插頭、空氣品質指示燈和開關，所述電源插頭與電源7連接，所述空氣品質指示燈和開關與所述控制器8連接。

本發明採用上述技術方案，與現有技術相比，具有如下技術效果：

本發明的揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置，通過選用合適的臭氧發生裝置，使其具有適宜的穩定的臭氧發生量，不至於過高使得催化板難以控制導致洩漏有害物質危害健康，也不至於過低而無法去除足夠的VOCs甲醛及苯等；通過改變製備催化劑選用的原材料，製備工藝，選用合適的催化板載體，以達到不使用ZSM-5分子篩，VOCs去除效率足夠的目的；選擇合適的催化板目數，孔徑與風機的搭配，並調整風道結構，使得淨化裝置有合理的換風量及較小的噪音，提高VOCs去除效率；本發明的空氣淨化裝置，減小了整個淨化裝置整體尺寸，使用更加靈活方便，具有VOCs去除率高、淨化效果好、使用範圍廣以及生產成本等有益效果，具有良好的推廣應用價值和社會經濟效益。

附圖說明

圖1為本發明一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置的整體結構示意圖；

圖2為本發明一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置的電氣結構示意圖；

其中，1-風道，2-進風口，3-出風口，4-低溫等離子體發生器，5-催化板，6-風機，7-電源，8-控制器，9-電流採樣模塊，10-電壓控制器，11-風量控制器。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發明，但是下述實施例並不限制本發明範圍。

如圖1-2所示，本發明實施例提供了一種揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置，包括殼體1和依次設置於殼體1內的低溫等離子體發生器4、催化板5和風機6；其中，低溫等離子體發生器4和風機6分別與電源7和控制器8連接，低溫等離子體發生器4與電源7之間設有與控制器8連接的電流採樣模塊9，控制器8分別通過電壓控制器10、風量控制器11與低溫等離子體發生器4和風機6連接，以使低溫等離子體發生器4和風機6同步運行。

該空氣淨化裝置技術原理為：具體如圖2所示，通過控制器8和電流採樣模塊9實時檢測低溫等離子體工作狀態，再通過電壓控制器10實現等離子體分解成分的篩選，根據檢測到的狀態分別控制低溫等離子體和風機的工作。經過測試空氣中氮氣和氧氣分解所需的能量不同，氮氣需要900KJ/MOLE，氧氣為400KJ/MOLE，只要通過控制器8和電流採樣模塊9監控低溫等離子體發生器4的工作電流並控制住適當電壓，以避免氮氣分解，產生二次汙染。同時為針對電解發生時，所產生的電子雪崩效應牽連到氮氣，所以在雪崩發生時必須加快流速，通過設置風量控制器8用以調整風機3的風量讓空氣快速流過，從而減少氮氣分解。

於上述技術方案的基礎上，低溫等離子體發生器4採用選用5mg/h臭氧產生量的日本奧奈特生產的低溫等離子體模塊作為臭氧發生源。所採用的模塊產生純淨度99％以上的臭氧，且不產生氮氧化物。與上述所採用的電子變頻控制技術相結合，可穩定產生汙染物所需要的臭氧量，而非單純依賴低溫等離子體的臭氧發生量，提高了揮發性有機汙染物的去除率，取得了優異的淨化效果好。

於上述技術方案的基礎上，催化板5採用硝酸鈷和四水乙酸錳試劑按Mn/Co摩爾比3:1配比溶液，選用400目、孔徑1mm、吸水率25％的催化板進行浸漬，烘乾後於400℃燒製成催化板。

於上述技術方案的基礎上，風機6採用尺寸為Φ72mm*30mm、轉速為3800r/min、風量為0-19m3/h的風機，與催化板進行搭配。在殼體1一端的進風口2朝上設置形成上方進風的結構，將殼體1另一端的出風口3設置為喇叭狀擴口設計，氣流水平出風。該空氣淨化裝置將設備進氣流線方向由前端進風，尾端上部出風變為前端上方進風，尾端出風結構布置，可有效增強臭氧與來流空氣的混合度，增加催化臭氧化祛除VOCs的效率。

於上述技術方案的基礎上，在進風口2和出風口3處分別設有蜂窩狀過濾棉，有效過濾毛髮和食物碎屑，避免大顆粒進入，還能防濺水，降噪。

於上述技術方案的基礎上，為保證用戶所處環境中其他設備或系統不受電磁幹擾，低溫等離子體發生器4、控制器8、電壓控制器10和風量控制器11分別設置於不鏽鋼屏蔽罩內，該空氣淨化裝置對相關零部件(PCB板及低溫等離子)的EMC進行了電線傳導及屏蔽傳輸的優化設計，使本空氣淨化裝置的電子電器性能滿足相關安全標準。

於上述技術方案的基礎上，低溫等離子體發生器4和/或風機6為3線制，電壓控制器10和風量控制器11均採用PMW波形控制方式，用於調整低溫等離子體發生器4的臭氧發生量和風機6的風量，使得離子體發生器4和風機6協同運行，以避免氮氣分解，產生二次汙染。

於上述技術方案的基礎上，還包括設置於殼體1上的電源插頭、空氣品質指示燈和開關，電源插頭與電源7連接，空氣品質指示燈和開關與控制器8連接，優選開關採用薄膜電源開關。

性能測試：

測試1：甲醛，參照GBT 18801-2015空氣淨化器，依據試驗條件，在3立方米的試驗艙內，選擇甲醛參數對本發明的空氣淨化裝置進行性能測試，具體測試結果如下表1所示：

表1對揮發性有機汙染物甲醛的淨化結果

測試2：苯，參照GBT 18801-2015空氣淨化器，依據試驗條件，在3立方米的試驗艙內，選擇甲醛參數對本發明的空氣淨化裝置進行性能測試，具體測試結果如下表2所示：

表2對揮發性有機汙染物苯的淨化結果

測試3：除菌效果，參照GBT 21551.3-2010家用和類似用途電器的抗菌、除菌、淨化功能空氣淨化器的特殊要求，進行除菌效果測試，具體測試所採用的試驗條件和測試結果如下表3和4所示：

表3菌種及試驗艙的選擇

表4除菌的淨化結果

測試4：臭氧積累，參照GBT 18801-2015空氣淨化器，依據試驗條件，在3立方米的試驗艙內，選擇臭氧參數對本發明的空氣淨化裝置進行性能測試，具體測試結果如下表5所示：

表5對臭氧積累測試的結果

由上述各測試結果可知，採用本發明的揮發性有機汙染物的空氣淨化裝置可有效去除甲醛、苯等有機汙染物，淨化效果可達80％以上；採用金黃色葡萄球菌進行的除菌測試，除菌率達到85.92％；在使用過程中，可使空間內的臭氧含量在0.010mg/m3上，進一步提高了對揮發性有機汙染物的且去除效果。

以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。