專利名稱：高吸附性多功能空氣凈化器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于空氣凈化技術領域，特別涉及一種集電子集塵、光催化降解和空氣負離子化于一體的高吸附性多功能空氣凈化裝置。
背景技術：
隨著人們生活水平的提高和居住條件的改善，大量石油化工產品、電器產品和能產生揮發性有機物的建筑和裝修材料被帶入室內，引起了嚴重的室內污染，室內空氣的污染程度是室外空氣的5～10倍。調查測試結果表明，現代居室內可測出的有害物種達500多種，其中揮發性有機物(VOC)達300余種，致癌物就多達20多種。普遍認為，室內的有害污染物主要有以下幾類粉塵、各種細菌和病毒、無機有害氣體(如NH3、H2S、NOx、SO2等)及揮發性有機物(如甲醛、苯、甲苯、二甲苯等)，人體在室內長期與這些污染物接觸，極易引發如癌癥、白血病等多種疾病。
半導體光催化劑在紫外光的激發下，可產生高能的空穴-電子對，在空氣中的氧和水的參與下，可將吸附于光催化劑表面的細菌、病毒及各種有害氣體通過氧化還原作用而降解成無機小分子，達到凈化空氣的目的。光催化技術是當今空氣凈化的主要技術之一。
另外，空氣中的負離子量的增加，可有效消滅空氣中的灰塵、細菌、病毒、廢氣等對人體有害的帶正電離子，促進人體的新陳代謝，防治多種疾病。因此，空氣負離子化已成為改善空氣質量、防治疾病的重要技術措施。
目前，在光催化空氣凈化領域內，涉及到光催化劑的負載和復合型光催化劑的配置這兩個核心問題的專利技術可為以下兩類(1)光催化劑負載于無吸附性的載體上，中國專利00100561.8，其特點是將光催化劑涂覆于金屬網上，氣流穿過網孔；中國專利95223245.6，其特點是將光催化劑負載于玻璃纖維上，氣流穿過填充有玻璃纖維的床層；中國專利02212337.7，其特點是將光催化劑負載于玻璃管外壁，氣流穿過空心玻璃管組成的堆積床；其缺陷在于光催化劑對于氣相有機污染物的吸附能力較差，光催化效率較低。
(2)光催化劑負載于吸附性載體上，中國專利02139299.4，其特點是將光催化劑與活性炭混合后涂覆于纖維絲上，氣流方向與光催化劑層平行；中國專利98240831.5，其特點是將光催化劑擔載于孔隙率大于70％的多孔玻璃或多孔陶瓷上，并制成腔體套于紫外燈管上，氣流從孔隙中流入；其缺陷在于紫外輻射不能進入吸附性載體的內部孔道，以致光催化作用只能在吸附性載體表面發生。
常用的負離子發生裝置，采用高壓針尖放電產生負離子。這類裝置在針尖放電過程中會產生相當量的臭氧，而且針尖電壓高達7000伏以上，存在一定的安全隱患；針尖使用一段時間會氧化生銹，降低負離子的輸出量和增加臭氧的產出量，影響凈化空氣的效率，從而影響其推廣應用。
發明內容
本實用新型的目的是針對當前使用的光催化空氣凈化器，使用的光催化材料吸附性能不強，光催化效率低下且易產生二次污染，及當前使用的負離子發生裝置存在著的臭氧量大、針尖電壓過高，有一定安全隱患的缺陷，而提供一種將電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置集于一體，形成一種具有集塵、光催化降解和空氣負離子化功能的高吸附性多功能空氣凈化裝置。
本實用新型的技術方案如下本實用新型提供的高吸附性多功能空氣凈化裝置，包括殼體1和依次放置于殼體1內的電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置；所述的電子集塵裝置由位于殼體1進氣口12處的一組正離子導線7和位于所述正離子導線7后置的集塵網6組成，該組正離子導線7與直流高壓源的正電位端相連，與集塵網6構成電離區；所述的光催化降解裝置位于電子集塵裝置的后置，包括至少一組紫外光燈管5及排布于燈管5四周縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42，其中縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41接地，紫外光燈管5與一外接電源電連接；所述的負離子發生裝置位于光催化降解裝置的后置，由直流高壓源和作為負離子發生源的活性炭纖維帶8組成；活性炭纖維帶8后置的殼體(1)的出氣口11處安裝有一抽風裝置10，所述直流高壓源的負電位端與活性炭纖維帶8相連；所述的集塵網6為不銹鋼網、鋁網或銅網，安裝于固定在殼體1內壁上的插槽2內，并與接地端13相連；所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41是以活性炭纖維絲為載體，纖維絲上負載有一層厚度為50～200nm、包覆均勻的TiO2光催化劑層，TiO2光催化劑晶型為單一的銳鈦礦相；縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41呈氈狀或布狀；所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41與金屬網支架3粘結成一體，安裝于固定在殼體1內壁上的插槽2內，并與接地端13相連；所述的橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42是以活性炭纖維絲為載體，纖維絲上負載有一層厚度為50～200nm、包覆均勻的TiO2光催化劑層，TiO2光催化劑晶型為單一的銳鈦礦相；所述的橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42夾裝在殼體1的頂面和底面上，與空氣流動方向平行；所述的紫外光燈管5為低功率的石英質燈管，波長λ＜380nm；作為負離子發生源的活性炭纖維帶8安裝于位于殼體(1)出氣口11的導風筒9前緣，并緊貼于抽風裝置10的葉輪；作為負離子發生源的活性炭纖維帶8為炭化、活化完全的高導電性活性炭纖維帶，呈氈狀或布狀；所述的抽風裝置為軸流風機、離心式風機或風扇；所述的殼體1為圓形筒、長方體筒的箱形筒或橢圓形筒。
本實用新型的工作原理污濁空氣進入本實用新型的高吸附性多功能空氣凈化器，穿過一組正離子導線產生的電離區時帶上正電荷，荷電粉塵、毛發等被捕集于集塵網上；當氣流穿過接地的活性炭纖維基TiO2光催化層后，因活性炭纖維的高吸附性及光催化材料帶與荷電污染物間存在一定的電勢差，帶正電荷的細菌、病毒及有害氣體等會被大量地吸附于活性炭纖維上，為光催化降解過程提供了一個預富集的污染源，提高了光催化的效率，同時光催化降解使得吸附劑得到原位再生，于是，光催化降解裝置內形成了一個吸附-光催化降解-吸附劑原位再生-再吸附的良性循環過程；因活性炭纖維的高吸附性，降解產生的中間產物仍將吸附于光催化劑表面，不會形成二次污染；空氣穿過負離子發生裝置時，帶上大量電子而成負離子，被快速地排出殼體外，增加空氣中的負離子濃度。該凈化器的工作過程如附圖4所示。
綜上所述，本實用新型的工作過程依次包括電子集塵、吸附-光催化降解-吸附劑原位再生、空氣負離子化三個主要過程。具有集塵、吸附和光催化降解細菌、病毒和有機物污染及空氣負離子化的多種功能。
附圖1是縱(橫)向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶的掃描電子顯微鏡照片；附圖2是本實用新型提供的高吸附性多功能空氣凈化器的結構示意圖；
附圖3是圖1的A-A剖視示意圖；附圖4是本實用新型的光催化降解過程原理圖；其中殼體1 插槽2 金屬網支架3縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41紫外光燈管5橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42集塵網6 正離子導線7 活性炭纖維帶8導風筒9 抽風裝置10出氣口11進入氣12 接地端1具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
附圖2是本實用新型提供的高吸附性多功能空氣凈化器的結構示意圖；附圖3是高吸附性多功能空氣凈化器的A-A剖視示意圖；由圖可知，本實用新型提供的高吸附性多功能空氣凈化裝置，包括殼體1和依次放置于殼體1內的電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置；所述的電子集塵裝置由位于殼體1進氣口12處的一組正離子導線7和位于所述正離子導線7后置的集塵網6組成，該組正離子導線7與直流高壓源的正電位端相連，與集塵網6構成電離區；所述的光催化降解裝置位于電子集塵裝置的后置，包括至少一組紫外光燈管5及排布于燈管5四周縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42，其中縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41接地，紫外光燈管5與一外接電源電連接；所述的負離子發生裝置位于光催化降解裝置的后置，由直流高壓源和作為負離子發生源的活性炭纖維帶8組成；活性炭纖維帶8后置的殼體(1)的出氣口11處安裝有一抽風裝置10，所述直流高壓源的負電位端與活性炭纖維帶8相連；所述的集塵網6為不銹鋼網、鋁網或銅網，安裝于固定在殼體1內壁上的插槽2內，并與接地端13相連；所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41是以活性炭纖維絲為載體，纖維絲上負載有一層厚度為50～200nm、包覆均勻的TiO2光催化劑層，TiO2光催化劑晶型為單一的銳鈦礦相；縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41呈氈狀或布狀；所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41與金屬網支架3粘結成一體，安裝于固定在殼體1內壁上的插槽2內，并與接地端13相連；所述的橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42是以活性炭纖維絲為載體，纖維絲上負載有一層厚度為50～200nm、包覆均勻的TiO2光催化劑層，TiO2光催化劑晶型為單一的銳鈦礦相；所述的橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42夾裝在殼體1的頂面和底面上，與空氣流動方向平行；所述的紫外光燈管5為低功率的石英質燈管，波長λ＜380nm；作為負離子發生源的活性炭纖維帶8安裝于位于殼體(1)出氣口11的導風筒9前緣，并緊貼于抽風裝置10的葉輪；作為負離子發生源的活性炭纖維帶8為炭化、活化完全的高導電性活性炭纖維帶，呈氈狀或布狀；所述的抽風裝置為軸流風機、離心式風機或風扇；所述的殼體1為圓形筒、長方體筒的箱形筒或橢圓形筒。
在本實用新型中，當抽風機10動作，外界空氣由進氣口12進入殼體1內，通過一組正離子導線7產生的電離區后，污染物帶上了正電荷，流經接地的集塵網6后，荷電粉塵、毛發等被捕集于集塵網6上；荷電污濁空氣再穿過接地的活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41后，借由該催化材料的高吸附性及與荷電污染物間的電勢差，污染物會被大量地吸附到活性炭纖維上，為光催化降解過程提供了一個預富集的污染源，紫外光激發TiO2光催化劑產生羥基自由基(·OH)和超氧負離子自由基(·O-2)等強氧化性物種，降解吸附的污染物，同時，活性炭纖維也得到原位再生，于是，光催化空間內形成了一個吸附-光催化降解-吸附劑原位再生-再吸附的良性循環過程；光催化后的空氣穿過作為負離子發生源的活性炭纖維帶8時，空氣中的氧和水分子等帶上電子而成負離子，被抽風裝置10排出殼體1外，進入室內空間。
實施例1本實施例的高吸附性多功能空氣凈化裝置，殼體1為圓形筒(當然，也可以是長方體筒型或橢圓形筒)，其內依次放置于電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置；所述電子集塵裝置由位于殼體1進氣口12處的一組正離子導線7和位于所述正離子導線7后置的不銹鋼(當然，也可以是鋁網或銅網)集塵網6組成，該組正離子導線7與直流高壓源的正電位端相連，與集塵網6構成電離區；所述的光催化降解裝置位于電子集塵裝置的后置，包括至少一組紫外光燈管5及排布于燈管5四周縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42，其中縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41接地，紫外光燈管5與一外接電源電連接；本實施例的紫外光燈管5是波長為254nm的石英質燈管，與220V的外接電源相接；所述縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42是按下述步驟制作的1、市售聚丙烯腈基(也可以為劍麻基、粘膠基、瀝青基或酚醛樹脂基活性炭纖維)活性炭纖維用30～50wt％濃硝酸氧化處理40～80min，然后用去離子水洗滌至中性，烘干；2、步驟1干燥后的活性炭纖維置于分子吸附沉積裝置內，在真空壓力小于或等于1.0×10-2Pa、溫度為110～150℃的條件下維持1～2小時；降溫至室溫，向此分子吸附沉積裝置通入純TiCl4蒸汽至壓力為10～20kPa，并維持1～1.5h，活性炭纖維上吸附了TiCl4；3、此分子吸附沉積裝置再通入過量的飽和水蒸汽，活性炭纖維上吸附的TiCl4水解，生成鈦的氫氧化物，得到包覆了鈦的氫氧化物的活性炭纖維；4、步驟3得到的包覆了鈦的氫氧化物的活性炭纖維，于氬氣(也可以是氮氣)保護氣氛下，600～700℃焙燒1～2小時，得到縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42。
所述縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42呈氈狀(也可以呈布狀或紙狀)，比表面積大于等于800m2/g。
本實施例的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶41與金屬網支架3粘結成一體，安裝于固定在殼體1內壁上的插槽2內，并與接地端13相連；本實施例的橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶42夾裝在殼體1的頂面和底面上，與空氣流動方向平行；負離子發生裝置位于光催化降解裝置的后置，由直流高壓源和作為負離子發生源的活性炭纖維帶8組成；活性炭纖維帶8后置的殼體(1)的出氣口11處安裝有一抽風裝置10，所述直流高壓源的負電位端與活性炭纖維帶8相連；該作為負離子發生源的活性炭纖維帶8為炭化、活化完全的高導電性活性炭纖維帶，呈氈狀(或布狀)；采用該高吸附性多功能空氣凈化器凈化體積約為45米3(長3.5米，寬4米，高3.2米)密閉房間，該房間內預先設定一定濃度的粉塵(以香煙塵作為本底)、二氧化硫、苯、硫化氫和細菌，接通電源讓該凈化器運作2小時，測定以上污染物的濃度，得到凈化效率如下粉塵除去率92％，二氧化硫的降解率93.5％、苯的降解率91.2％、硫化氫的降解率86.6％和細菌的去除率96.5％，距離凈化器的出氣口(11)約30cm處測定負離子濃度為5.67×104個/cm3，測試距離為50cm處的負離子濃度為2.34×104個/cm3。
權利要求1.一種高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，包括殼體(1)和依次放置于殼體(1)內的電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置；所述的電子集塵裝置由位于殼體(1)進氣口(12)處的一組正離子導線(7)和位于所述正離子導線(7)后置的集塵網(6)組成，所述正離子導線(7)與直流高壓源的正電位端相連，與集塵網(6)構成電離區；所述的光催化降解裝置位于電子集塵裝置的后置，包括至少一組紫外光燈管(5)及排布于燈管(5)四周縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(41)和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(42)，其中縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(41)接地，紫外光燈管(5)與一外接電源電連接；所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(41)和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(42)采用分子吸附沉積—焙燒工藝制備，具體步驟如下1)市售聚丙烯腈基、劍麻基、粘膠基、瀝青基或酚醛樹脂基活性炭纖維活性炭纖維用30～50wt％濃硝酸氧化處理40～80min，然后用去離子水洗滌至中性，烘干；2)步驟1干燥后的活性炭纖維置于分子吸附沉積裝置內，在真空壓力小于或等于1.0×10-2Pa、溫度為110～150℃的條件下維持1～2小時；降溫至室溫，向此分子吸附沉積裝置通入純TiCl4蒸汽至壓力為10～20kPa，并維持1～1.5h，活性炭纖維上吸附了TiCl4；3)此分子吸附沉積裝置再通入過量的飽和水蒸汽，活性炭纖維上吸附的TiCl4水解，生成鈦的氫氧化物，得到包覆了鈦的氫氧化物的活性炭纖維；4)步驟3得到的包覆了鈦的氫氧化物的活性炭纖維，于氬氣或氮氣保護氣氛下，600～700℃焙燒1～2小時而得到；所述的負離子發生裝置位于光催化降解裝置的后置，由直流高壓源和作為負離子發生源的活性炭纖維帶(8)組成；在殼體(1)的出氣口(11)處，活性炭纖維帶(8)的后置安裝一抽風裝置(10)，所述直流高壓源的負電位端與活性炭纖維帶(8)相連。
2.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述的集塵網(6)為不銹鋼網、鋁網或銅網，安裝于固定在殼體(1)內壁上的插槽(2)內，并與接地端(13)相連。
3.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(41)和橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(42)是以活性炭纖維絲為載體，纖維絲上負載有一層厚度為50～200nm、包覆均勻的TiO2光催化劑層，TiO2光催化劑晶型為單一的銳鈦礦相。
4.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述的縱向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(41)與金屬網支架(3)粘結成一體，安裝于固定在殼體(1)內壁上的插槽(2)內，并與接地端(13)相連；橫向活性炭纖維基TiO2光催化材料帶(42)夾裝在殼體(1)的頂面和底面上，與空氣流動方向平行。
5.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述的紫外光燈管(5)為低功率的石英質燈管，波長λ＜380nm。
6.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，作為負離子發生源的活性炭纖維帶(8)安裝于位于殼體(1)出氣口(11)的導風筒(9)前緣，并緊貼于抽風裝置(10)的葉輪。
7.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，作為負離子發生源的活性炭纖維帶(8)為炭化、活化完全的高導電性活性炭纖維帶，呈氈狀或布狀。
8.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述的抽風裝置為軸流風機、離心式風機或風扇。
9.如權利要求1所述的高吸附性多功能空氣凈化裝置，其特征在于，所述的殼體(1)為圓柱形筒、長方體筒的箱形筒或橢圓形筒。
專利摘要本實用新型涉及一種高吸附性多功能空氣凈化器。該凈化器由殼體、電子集塵裝置、光催化降解裝置和負離子發生裝置四部分組成。電子集塵裝置由一組正離子導線和集塵網組成；光催化降解裝置由數組紫外光燈管及排布于燈管四周的活性碳纖維基TiO
文檔編號F24F3/16GK2656867SQ20032010160
公開日2004年11月17日 申請日期2003年10月22日 優先權日2003年10月22日
發明者傅平豐, 欒勇, 戴學剛 申請人:中國科學院過程工程研究所