專利名稱：一種空氣凈化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污染空氣的凈化工藝，用于消除空氣中污染物，特別是揮發(fā)性有機(jī)污染物和一氧化碳等，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
室內(nèi)空氣中存在多種化學(xué)污染物，其來源主要有油漆、膠粘劑、地毯、織物、化妝品、防蛀劑、空氣清新劑、干洗的衣物等，比較常見且危害較大的有人造板材中揮發(fā)出的甲醛、家具中揮發(fā)出的油漆溶劑甲苯、地墊中揮發(fā)的氯乙烯等。目前，室內(nèi)空氣中已檢出350種不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物，種類有脂肪烴、鹵代烴、芳香烴、醇、醛、酮、酯等，其中主要的污染物為甲醛、苯、甲苯、氟里昂類化合物、氯仿等一些特殊的室內(nèi)環(huán)境，如潛艇、太空艙、大型機(jī)房、人防工事中，與外界的通風(fēng)受到嚴(yán)格限制或根本不可能通風(fēng)，內(nèi)部機(jī)器運(yùn)行、人員生活等產(chǎn)生的污染物會(huì)逐漸積累，例如，對(duì)潛艇艙室空氣進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)了近400種有機(jī)污染物，包括多種類別，如脂肪烴、芳香烴、萘及其同系物、茚及其同系物、鹵代烴、含氮化合物、醇類、醛類、酮類、有機(jī)酸、酯類、醚類等種，而且隨檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，污染物的種類不斷增加。潛艇空氣中還含有小分子可燃性氣體，如氫氣、甲烷、乙烯等。
室內(nèi)化學(xué)污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，即使低濃度的VOCs亦會(huì)導(dǎo)致急慢性病的發(fā)生，苯、甲醛、三氯乙烷、三氯乙烯、多氯聯(lián)苯(PCB)已被確認(rèn)為致癌物。潛艇內(nèi)部的污染物如果不進(jìn)行凈化，會(huì)嚴(yán)重影響其內(nèi)部工作人員的身體健康，影響艇員的戰(zhàn)斗力，氫氣濃度過高會(huì)引起爆炸，危害潛艇的安全。
吸附法是目前廣泛應(yīng)用的室內(nèi)空氣凈化方法，活性炭類吸附劑具有廣譜、高效、吸附容量大的特點(diǎn)，應(yīng)用于居室、辦公室等內(nèi)部的空氣凈化，也應(yīng)用于芯片車間、潛艇工作艙、航天器座艙等特殊的室內(nèi)環(huán)境的空氣凈化。吸附法的主要缺點(diǎn)是不能徹底消除污染物，吸附飽和后即失效，需要定期更換吸附材料。吸附法不能除去甲烷、乙烯、一氧化碳、氫氣等小分子污染物，對(duì)甲醛的去除效果也很差。
對(duì)于甲烷、乙烯、一氧化碳、氫氣等小分子污染物，潛艇、長(zhǎng)期航天器(空間站)等特殊環(huán)境中都采用催化燃燒技術(shù)進(jìn)行控制，催化燃燒床的工作溫度高，風(fēng)量大，對(duì)室內(nèi)環(huán)境影響較大，需要熱交換設(shè)備對(duì)排出氣降溫，熱交換設(shè)備占用寶貴的艙室內(nèi)部空間。氟里昂類化合物分解產(chǎn)生氯化氫、氟化氫等腐蝕性氣體，對(duì)艙室污染嚴(yán)重，需要附加吸收裝置。
在清華大學(xué)申請(qǐng)的發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?3149785.3)中，提到了一種真空紫外光催化凈化空氣和水的裝置，光源能發(fā)出253.7nm紫外線及少量的185nm紫外線，其中253.7nm的紫外線用于光催化消除污染物。185nm紫外線分解空氣中的水蒸氣產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基，羥基自由基可以氧化分解絕大多數(shù)有機(jī)污染物，并能把一氧化碳氧化為二氧化碳，氫氣氧化為水；185nm紫外線還能分解空氣中的氧氣從而產(chǎn)生臭氧，進(jìn)一步提高光催化反應(yīng)的效率；185nm紫外線還可以直接使污染物光降解。因此，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以取代吸附與催化氧化的作用，而且常溫常壓下進(jìn)行，比催化氧化有明顯的優(yōu)勢(shì)。
但是，真空紫外光催化技術(shù)也有其不足之處它對(duì)濃度較高的有機(jī)污染物的去除效率明顯低于吸附法；有些有機(jī)污染物雖然降解了，但并沒有徹底分解為水和二氧化碳等無機(jī)物質(zhì)，而是形成半降解產(chǎn)物，這類產(chǎn)物的毒性可能比污染物本身更大；從真空紫外光催化裝置中排出的空氣中臭氧濃度可能超標(biāo)；氟里昂類化合物或鹵代烴光解后產(chǎn)生氟化氫、光氣、氯氣等毒性很強(qiáng)的物質(zhì)，如氯乙烯在真空紫外燈的照射下幾秒鐘后就能產(chǎn)生微量氯氣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服真空紫外光催化技術(shù)產(chǎn)生二次污染的缺點(diǎn)，并提高空氣中污染物的去除效率，本發(fā)明提出了一種新的空氣凈化工藝，其特征在于，該工藝依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解—光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層，進(jìn)一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達(dá)到深度凈化空氣的目的。
所述的多功能床層裝填有負(fù)載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
本發(fā)明中所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
本發(fā)明工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空氣中污染物的去除是在常溫常壓下進(jìn)行的，不需要復(fù)雜的換熱設(shè)備；可以同時(shí)脫除揮發(fā)性有機(jī)污染物和一氧化碳等，兼具吸附和催化氧化的優(yōu)點(diǎn)。該工藝能克服真空紫外光催化裝置產(chǎn)生的二次污染問題，利用臭氧與吸附的污染物反應(yīng)，在消除部分臭氧的同時(shí)，延長(zhǎng)床層的使用壽命，提高了污染物的去除效率，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為去除甲苯的實(shí)驗(yàn)效果圖。
圖3為去除臭氧的實(shí)驗(yàn)效果圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明所述空氣凈化工藝，依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層10，以去除其中的顆粒物；過濾層10可以選用無紡布、HEPA等常用的過濾材料；然后，讓過濾后的空氣通過光解—光催化室20，初步降解其中的污染物；光解—光催化室20中設(shè)有低壓汞燈30，它的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口都覆蓋有負(fù)載了光催化劑的金屬絲網(wǎng)，內(nèi)壁涂有光催化劑；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層40，進(jìn)一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達(dá)到深度凈化空氣的目的；所述的多功能床層裝填有負(fù)載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
本發(fā)明中所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
多功能床層具有以下3種功能(1)吸附功能?；钚蕴款愇絼?duì)有機(jī)物的脫除效率高，可以脫除氣流中未被降解污染物，對(duì)氯氣也有很好的脫除作用，為了強(qiáng)化對(duì)氟化氫等酸性氣體的脫除作用，活性炭類吸附劑可負(fù)載有氫氧化鋰，氫氧化鈉，氫氧化鉀，碳酸鋰，碳酸鈉，碳酸鉀等堿性物質(zhì)中的一種或多種。(2)分解臭氧功能?；钚蕴繉?duì)臭氧有分解作用，為了強(qiáng)化這種作用，使活性炭負(fù)載了活性二氧化錳。(3)催化氧化功能。以臭氧為氧化劑，在催化劑的作用下，氧化分解被床層吸附的有機(jī)污染物，達(dá)到分解臭氧和降解污染物的雙重目的，催化劑為負(fù)載的貴金屬鈀或鉑，或氧化銅和氧化錳的混晶，或其它氧化物，如鈷、鉻、鎳的氧化物等。多功能床層中的填料可以分層裝填，使氣流先經(jīng)過浸漬了堿性物質(zhì)的吸附劑，以避免酸性氣體對(duì)催化劑的破壞。
活性炭類吸附劑負(fù)載鉑或鈀、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或多種的方法可采用現(xiàn)有技術(shù)。下面主要說明一下活性炭類吸附劑負(fù)載二氧化錳及鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物活性組分的方法(以氧化銅為例)用去離子水配制錳離子濃度為0.15M的醋酸錳溶液1000ml，全部噴涂于100g活性炭纖維氈上，于常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時(shí)，然后浸入2000ml 4％的氨水中，約10min后取出，瀝去多余的氨水溶液，常溫下晾干，然后于80-100攝氏度烘干2小時(shí)后備用。然后，用2000ml的3％雙氧水浸泡負(fù)載了錳的活性炭纖維氈10分鐘左右，再用去離子水配制銅離子濃度為0.05M的硝酸銅溶液1000ml，全部噴涂于已負(fù)載了錳的活性炭纖維氈上，于常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時(shí)，然后浸入2000ml 0.5％的碳酸鈉溶液中，約10min后取出，瀝去多余的碳酸鈉溶液，常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時(shí)，然后用去離子水淋洗至接近中性，常溫下晾干，氮?dú)饬鞅Ｗo(hù)下于400攝氏度焙燒2小時(shí)，得到負(fù)載了二氧化錳和氧化銅的活性炭類吸附劑。
利用本發(fā)明所述工藝降解空氣中的甲苯的實(shí)驗(yàn)如下讓含有甲苯的污染空氣(流量為15L/min，甲苯濃度7.6mg/m3，氣流的相對(duì)濕度8％，溫度25℃)通過無紡布過濾層，然后通入一個(gè)直徑64mm、高500mm的圓柱型的光解—光催化室，在光解—光催化室的中心放置一支10W的低壓汞燈，緊貼光解—光催化室的內(nèi)壁放置一層負(fù)載二氧化鈦光催化劑18目不銹鋼網(wǎng)。經(jīng)過初步凈化的空氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線1。
上述經(jīng)過初步凈化的空氣通入吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層，床層中裝填有負(fù)載了二氧化錳和氧化銅混晶的活性炭纖維氈，床層厚度約0.6cm，直徑4cm。尾氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線2。
其它實(shí)驗(yàn)條件相同，如果上述經(jīng)過初步凈化的空氣通入未負(fù)載催化劑的活性炭纖維床層，尾氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線3。
由圖2可知，含有甲苯的空氣經(jīng)過光解—光催化室后，甲苯濃度降為6mg/m3，去除率為20％左右，再經(jīng)過活性炭纖維床層，1300min后吸附達(dá)到飽和，甲苯濃度也為6mg/m3，說明活性炭纖維床層只具有吸附作用，吸附飽和后失效。而光解—光催化室后尾氣通入多功能床層，2000min后吸附達(dá)到飽和，尾氣中甲苯濃度為4.9mg/m3，去除率為35％，吸附飽和后仍有去除甲苯的作用。用描述床層吸附的Wheeler計(jì)算活性炭纖維床層的飽和吸附容量為180.6mg/g(甲苯/吸附劑)，而多功能床層的飽和吸附容量為255.6mg/g，比活性炭纖維床層多41.5％。
如圖3中曲線4所示，含有甲苯的空氣經(jīng)過光解—光催化室后，臭氧濃度為20mg/m3左右。如果用活性炭纖維床層對(duì)臭氧進(jìn)行脫除，1300min后吸附達(dá)到飽和，尾氣中臭氧濃度為17.6mg/m3，如圖3中曲線5所示，說明吸附飽和后仍有脫除臭氧的能力。如果用多功能床層對(duì)臭氧進(jìn)行脫除，1800min后吸附達(dá)到飽和，尾氣中臭氧濃度為16.8mg/m3，如如圖3中曲線6所示。用Wheeler計(jì)算活性炭纖維床層的飽和吸附容量為527.6mg/g(臭氧/吸附劑)，而多功能床層的飽和吸附容量為763.0mg/g。
如果空氣中不含有甲苯，即沒有甲苯的競(jìng)爭(zhēng)吸附，則多功能床層對(duì)臭氧的分解能力可維持不變(臭氧濃度在700min處上升是因?yàn)闈穸仍黾拥搅?6％)，如圖3中曲線7所示。
在實(shí)驗(yàn)中，考慮到時(shí)間問題，多功能床層的厚度只用了0.6cm。在實(shí)際應(yīng)用中，可增加多功能床層的厚度，以達(dá)到更好的空氣凈化效果。
權(quán)利要求
1.一種空氣凈化工藝，其特征在于，該工藝依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解-光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附-分解臭氧-催化氧化多功能床層，進(jìn)一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達(dá)到深度凈化空氣的目的，所述的多功能床層裝填有負(fù)載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化工藝，其特征在于所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
全文摘要
一種空氣凈化工藝，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。為了克服真空紫外光催化技術(shù)產(chǎn)生二次污染的缺點(diǎn)，并提高空氣中污染物的去除效率，本發(fā)明提出了一種新的空氣凈化工藝，包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解－光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附－分解臭氧－催化氧化多功能床層，進(jìn)一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達(dá)到深度凈化空氣的目的。該工藝能克服真空紫外光催化裝置產(chǎn)生的二次污染問題，利用臭氧與吸附的污染物反應(yīng)，在消除部分臭氧的同時(shí)，延長(zhǎng)床層的使用壽命，提高了污染物的去除效率，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)F24F3/16GK1657142SQ20041000999
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者張彭義, 張忠良, 張麗, 余剛, 劉棟 申請(qǐng)人:清華大學(xué)