空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘的制作方法

专利名称：空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气和水的净化领域，特别涉及一种空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘。
背景技术：
目前，中国成了世界的最大商品生产地和供应商。发展决定了生产规模的扩大，伴随着生产规模的扩大，空气污染日益严重。发展和污染的冲突，逼着我国必须找到一条发展和减排、治污协调平衡的道路。只有发挥科技的巨大能量，才能使我国的发展走上健康、绿色和可持续的道路。室内空气质量(IAQ)的概念是上世纪70年代后期出现在发达国家，当时出于节约能源的考虑，房屋的密封性能大大提高，由此带来的室内通风不足，致使室内空气污染事故频频发生。美国科学家在上世纪80年代末的一项调查中发现，室内有害污染物浓度比室外高，有的可高达100倍。我国相关部门在1994年的一次调查中也发现，城市室内空气的污染程度比室外空气严重，有的超过室外56倍。安装空调机的消费者，一般使用习惯在开机时紧闭门窗，减少冷气损失，这就要求空调机的生产厂家必须为消费者提供净化能力不断提高的空调机。空调机所选用的空气净化部件(模块)在几十年内有长足进步和发展，其中，空调机空气净化模块的发展，大致经历以下几个阶段第一代产品湿度调节模块。其利用家用空调机制冷去湿的功能，调节室内空气湿度，不具备空气净化的功能。第二代产品多层滤网模块。其利用专用滤网的过滤、吸附处理杂质的功能，可有效净化室内空气中的悬浮物和少量有害物质。但对室内空气中的异味、病原菌、病毒、微生物和大多数有机污染物无力处理。另外，定期清洗多层滤网的同时又会造成二次污染。此技术方案最大缺点是在提高过滤效力时，必然会加大风阻；而减少风阻时，又必然会降低过滤效力。第三代产品复合式空气净化模块。这类净化模块是在第二代产品的基础上，增加静电除尘、电子集尘、负离子发生器、臭氧发生器、低温等离子发生器。这代产品可消烟除尘，具有消毒、杀菌、去除异味功能，但仍然存在不能有效分解有机污染物的弊病。第四代产品采用分子络合技术的空气净化模块。此技术分加水的湿式分子络合物技术和不加水的干式分子络合技术。但此项技术也有致命的缺点第一、分子络合滤网寿命只有两年，如果更换可能造成二次污染；第二、特定的分子络合物只能针对特定的有机物发生反应，空气中有机污染物有三千多种，我们无法用如此多种类的滤网解决问题。第五代产品使用冷触媒、光催化技术的空气净化模块。这种技术目前还不够成熟，尚处在理论研究过程中。这类产品在常温常压条件下，可将多种有害及异味气体分解成无味无害物质。为了提高空气净化率，各厂家多采用加大冷触媒和光催化剂比表面积的技术方案，把纳米材料负载在多孔材料的滤网上，使过滤网由单纯的物理吸附转变为边吸附边分解，这类空气净化模块在标准实验室测试时，头几十分钟净化率较高，随后大幅降低， 180分钟后，净化率低到难以被接受。其原因是过滤网刚开封使用时吸附性能较高，随后，吸附逐渐饱和，由于无法有效脱附，空气净化率无法快速恢复到初始水平。第六代产品羟基水净化模块。其采用高级氧化技术进行净化，高级氧化技术是最近几年的热点技术，是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中生成的有机自由基可以继续参加羟基自由基的链式反应，或者通过生成有机过氧化自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物(X)2和H2O,从而达到氧化分解有机物的目的。羟基的分子式为-0H，有极强的氧化性。配装有羟基水的净化模块灌装含15mg 60mg/L钙的矿泉水的羟基水，可将矿泉水羟基化喷洒在蒸发器的表面，进行净化。这种高级氧化反应的反应速度快，甚至能够达到百分之一秒。但是，羟基可以在水溶液中引发高级氧化反应，有效净化水污染。但无法由液相直接净化气相中的三千余种有机污染物，因此这种以羟基自由基为主要氧化剂的高级氧化技术通常应用于水净化领域或环境湿度较大的空气净化中。现今大多数国内空调机生产厂家仅使用第二代和第三代空气净化技术。少数国外空调机生产厂家使用第五代和第六代空气净化技术，但由于技术问题没有彻底解决，效果并不理想。另外，中国是世界13个人均水资源最贫乏的国家之一。水资源短缺是我国21世纪面临的最突出问题之一。我国水污染形势依然严峻，加剧了水资源短缺，对老百姓饮水安全、经济社会的可持续发展已构成了较大的现实威胁。为了对93%的污水处理厂的一级B和二级排放的中水进行深度处理，达到中水一级A标准，使污水资源化，从而可多次循环使用。国内外常用的技术方案为臭氧氧化、高铁氧化和膜分离技术。臭氧氧化技术臭氧O3的氧化还原电位为2. 07V，其具有很强的氧化能力。可使水中的污染物氧化、分解、净化、脱色、除臭、除味、杀菌、杀澡、灭病毒，降低生化耗氧量(BOD)、 化学耗氧量(COD)，消除表面活性剂的泡沫。其缺点是臭氧的氧化活性有很高的选择性，很难彻底去除水中的BOD、COD。同时过量的臭氧化过程中会产生一些副产物，有的甚至具有
更大毒性。高铁氧化技术高铁酸盐作为一种非氯型高效多功能水处理剂，在水处理领域具有广泛的用途。常用的有高铁酸钾和高铁酸钠。在酸性介质中氧化还原电位为2. 20V。氧化还原电位高于臭氧的2. 07V，也远高于氯气的1. 36V。有更高的氧化、净化、脱色、除臭、杀菌、灭毒等效能。更有独特的絮凝功能，能将污水处理厂二级中水中80%的固体悬浮物去除。缺点是需要向水中添加化学药品，且大量生产高铁酸盐需要大量能源，也要产生大量污染排放。膜分离技术水处理中常用压力驱动膜分离过程包括微滤、超滤、纳滤等几种。中水深度处理中常采用微滤和超滤，饮用水级采用钠滤。水的质量不受气候影响，保持稳定。 其缺点是微滤和超滤对重金属离子污染无能为力。同时为保持膜的通透性不大幅下降，必须定时用水反向加压冲洗，使水利用率降低，浪费宝贵的水资源。现今仅仅有部份国内污水处理厂家使用高铁氧化技术，少数国内外污水处理厂家使用膜分离技术，大部份国外污水处理厂家目前使用臭氧氧化技术，并准备更新为膜分离技术。国内绝大部分污水处理厂家末对中水作任何深度处理，末达标排放，造成新的环境污染问题。

发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘， 其采用反应速度快的高级氧化反应对空气、水进行净化处理，具有结构简单、没有二次污染、能连续进行净化处理的优点，且阻力为零，对空气、水中的有机污染物的净化率较高。本发明的解决其技术问题所采用的技术方案是一种空气的高级氧化净化装置，包括导流筒、电机、光源和至少一个螺旋分割盘，所述螺旋分割盘固定于所述电机的输出轴上，所述电机的输出轴与导流筒的中心
轴重合，所述电机由电机支架支撑在导流筒中，用于驱动螺旋分割盘绕导流筒的中心轴勻速旋转、和驱动空气进入导流筒中，所述螺旋分割盘包括多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的微型扇叶，每个微型扇叶包括多个沿径向方向排列、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的凸起，所述微型扇叶的表面贴附多层具有含水层的光催化薄膜，该光催化薄膜在所述光源的照射下与空气发生高级氧化反应。优选地，所述微型扇叶的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1.27mm至 50. 8mm,临近螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。优选地，所述凸起的高度为1. 27mm至25. 4mm。优选地，所述微型扇叶的厚度为0. 25mm至2. 54mm。优选地，所述微型扇叶的凸起与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为0°至 60°。优选地，进一步包括带状板整流环，所述带状板整流环固定于所述导流筒的内壁上，位于相邻两个螺旋分割盘之间，所述带状板整流环包括多个沿整流环的径向方向设置的带状板，所述带状板与所述螺旋分割盘的平面具有一夹角。优选地，所述带状板与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为90°至150°。本发明还提供了一种水的高级氧化净化装置，包括导流筒、电机、恒流电解电源和至少一组螺旋分割盘，所述电机由电机支架支撑在导流筒中，用于驱动所述螺旋分割盘绕导流筒的轴心勻速旋转、和驱动水流进入导流筒中，每组螺旋分割盘包括一个与恒流电解电源正极连接的阳极螺旋分割盘和一个与恒流电解电源负极连接的阴极螺旋分割盘，每组螺旋分割盘的阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘间隔一距离相对设置，每个所述阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘包括多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的微型扇叶，微型扇叶包括多个沿所述阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘的径向方向排列、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的凸起，水在所述阳极螺旋分割盘表面发生氧化反应或高级氧化反应，在所述阴极螺旋分割盘表面发生还原反应。优选地，所述微型扇叶的临近阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1. 27mm至50. 8mm,临近阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍，所述微型扇叶的表面涂覆电极材料或由电极材料制成。优选地，所述微型扇叶的厚度为0. 25mm至5. 08mm。优选地，所述微型扇叶的第一凸起、第二凸起与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为0°至60°。优选地，进一步包括至少一个带状板整流环，所述带状板整流环固定于所述导流筒内壁上，每个带状板整流环固定于每组螺旋分割盘的阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘之间，所述带状板整流环包括多个沿整流环的径向方向设置的带状板，所述带状板与所述阳极螺旋分割盘或阴极螺旋分割盘的平面具有一夹角。优选地，所述带状板与阳极螺旋分割盘或阴极螺旋分割盘的平面之间的夹角为 90° 至 150°。本发明提供了一种螺旋分割盘，包括中心孔和多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的第一微型扇叶，第一微型扇叶包括多个沿径向方向排列的、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的第
一凸起。优选地，进一步包括第二微型扇叶，所述第二微型扇叶包括多个沿径向方向排列的、朝向所述螺旋分割盘的另一侧凸出的第二凸起，所述第一微型扇叶和第二微型扇叶连续交错排列。优选地，进一步包括第三微型扇叶，每个第三微型扇叶设置在相邻的第一微型扇叶和第二微型扇叶之间。优选地，所述第一、第二和第三微型扇叶的厚度为0. 25mm至5. 08mm。优选地，所述第一、第二和第三微型扇叶的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1. 27mm至50. 8mm,临近所述螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。优选地，所述第一、第二和第三微型扇叶与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为 0° 至 60°。优选地，所述第一凸起和第二凸起的高度为1. 27mm至25. 4mm。本发明还提供了一种螺旋分割盘组，其包括多个螺旋分割圆盘，每两个相邻的螺旋分割圆盘的中心孔对齐地固定，所述每个螺旋分割圆盘包括多个沿所述螺旋分割圆盘的径向方向设置的微型扇叶和设置在两个相邻的微型扇叶之间的扇形孔，每个扇形孔的最大弦的长度为所述微型扇叶的最大弦的长度的一倍至两倍。优选地，所述微型扇叶的临近所述螺旋分割圆盘外边缘的最大弦的长度为1. 27mm 至50. 8mm,临近所述螺旋分割圆盘的中心孔的最小弦的长度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。
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优选地，每两个相邻的螺旋分割盘的相对应的扇形孔之间的角度差为所述微型扇叶的弧度。本发明的空气或水的净化装置通过使用电机和导流筒对待净化的空气或水进行导流，使其通过由电机带动勻速旋转的螺旋分割盘，并在螺旋分割盘的表面发生光催化高级氧化反应或电催化氧化还原反应，从而实现对空气或水的净化。由于螺旋分割盘表面具有多层、多个以中心定位安装孔为圆心的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状微型扇叶，在螺旋分割盘旋转时可形成多个层面同时与空气或水发生反应，因此反应速度快，能够实现连续净化处理。


图1为本发明的空气的高级氧化净化装置的结构示意图。图2为本发明的用于空气的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第一实施例的侧视图。图3是图2中的第一实施例的主视图。图4为本发明的用于空气的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第二实施例的结构示意图。图5为本发明的用于空气的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第三实施例的结构示意图。图6为本发明的用于空气的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第四实施例的结构示意图。图7为本发明的用于空气的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第五实施例的结构示意图。图8为本发明的水的高级氧化净化装置的结构示意图。图9为本发明的用于水的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第一实施例的结构示意图。图10为本发明的用于水的高级氧化净化装置的螺旋分割盘的第二实施例的结构示意图。
具体实施例方式本发明提供了一种空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘，其采用反应速度快的高级氧化反应对空气、水进行净化处理，具有结构简单、没有二次污染、能连续进行净化处理的优点，且阻力为零，对空气、水中的有机污染物的净化率较高。本发明的核心思想是通过使用电机和导流筒对待净化的空气或水进行导流，使其通过由电机带动勻速旋转的螺旋分割盘，并在螺旋分割盘的表面发生光催化高级氧化反应或电催化氧化还原反应，从而实现对空气或水的净化。由于螺旋分割盘表面具有多层、多个以中心定位安装孔为圆心的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状微型扇叶，在螺旋分割盘旋转时可形成多个层面同时与空气或水发生反应，因此反应速度快，能够实现连续净化处理。如图1所示，本发明的空气的高级氧化净化装置包括导流筒3、电机5、光源8和至少一个螺旋分割盘1。螺旋分割盘1固定于电机5的输出轴上，通过锁紧螺母6紧固，电机5的输出轴与导流筒3的中心轴重合。电机5由电机支架4支撑在导流筒3中，用于驱动螺旋分割盘1绕导流筒3的中心轴勻速旋转、和驱动空气进入导流筒3中。如图2和图3所示，螺旋分割盘1包括多个以中心孔10为圆心的、在螺旋分割盘 1的圆周方向上均勻分布的的微型扇叶2，微型扇叶2沿螺旋分割盘1的径向方向设置。微型扇叶2包括多个沿螺旋分割盘1的径向方向连续排列的凸起11，凸起11朝向螺旋分割盘 1的一侧凸出。其中，凸起11的高度为1.27mm至25. 4mm。微型扇叶2的表面贴附多层具有含水层的光催化薄膜，该光催化薄膜在光源的照射下与空气发生高级氧化反应。为了提高净化能力、更充分地与空气进行高级氧化反应，螺旋分割盘1的数量可为1至8个，其可固定于电机5的一侧或两侧。其中，如图2所示，优选地，凸起10为梯形凸起，即凸起10沿螺旋分割盘1的径向方向的横截面为梯形。进一步地，该梯形凸起与螺旋分割盘1的平面之间的夹角为0°至 60°。优选地，微型扇叶2的制作方法是用通过冲压、拉深、激光切割制造工艺在板材上成形或精密铸造工艺成形沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的多层微型扇叶，从而构成多层螺旋分割盘1。本发明中的螺旋分割盘可具有多种结构。如图2和图3所示，可在螺旋分割盘1 的单面每隔一条微型扇叶2的宽度冲压拉深一条微型扇叶2，每个微型扇叶2的凸起11的凸起方向均朝向螺旋分割盘1的一侧，则该螺旋分割盘为单层螺旋分割盘。或者如图4所示，在螺旋分割盘1的表面双面交错冲压拉深微型扇叶2，每相邻的两个第一微型扇叶2和第二微型扇叶2’的对应的凸起11和11’的凸起方向相反，即分别朝向螺旋分割盘1的两侧，则形成由沿圆周方向均勻分布的、径向辐射状的两层微型扇叶所构成的双层螺旋分割盘。进一步地，如图5所示，双面每隔着一条微型扇叶2的宽度交错各冲压拉深一个第一微型扇叶2和一个第二微型扇叶2’，即每两个相邻微型扇叶2和2’之间进一步包括一个平板状的第三微型扇叶2”，则形成沿圆周方向均勻分布的、径向辐射状的三层微型扇叶构成的三层螺旋分割盘。如图4和图5所示的多层螺旋分割盘是指螺旋分割盘表面的微型扇叶在螺旋分割盘旋转时可将空气分割成多层，从而使空气能够更加充分地与微型扇叶表面的具有含水层的光催化薄膜在光源的照射下发生高级氧化反应。也可如图6和图7所示，用冲压模具或激光切割在板材上单片成形两个或三个单片的螺旋分割圆盘1后，通过组合装配成多层螺旋分割盘组，即以中心定位安装孔10为圆心，将沿圆周方向均勻分布的、径向辐射状的微型扇叶构成的两层或三层螺旋分割网圆盘轴向组合，装配成两或三层螺旋分割盘组，两个螺旋分割盘圆1之间通过环形垫片12间隔固定。微型扇叶2可如电扇扇叶一样与多层螺旋分割盘1平面之间具有夹角，该夹角可为0°至60°，从而使微型扇叶2等效于微型风扇叶片，以增大风压，抵消风阻，使本发明的
9空气的净化高级氧化反应装置的风阻减少或为零，同时将部分紫外光反射到螺旋分割圆盘 1的背光部，提高紫外光的利用率。这种用两片或三片螺旋分割圆片轴向组合装配成的双层或三层螺旋分割盘组与图2所示或如图4所示的双层或三层螺旋分割盘的相关原理和参数
完全一样。对于离心风机和轴流风机，也可将螺旋分割盘1直接布置在风机电动机的输出轴上，利用离心风机的进风口和轴流风机的进风口或排风口作导流筒3。如对风量、风压要求不高的工况，也可稍微加大微型扇叶2与多层螺旋分割盘1平面之间的夹角，使微型扇叶2 同时兼做风机叶片，可省略风机。本发明的空气的高级氧化净化装置采用高级氧化技术，净化效率高，处理风量大。不用添加任何化学药品，可广泛用于空气净化和病毒灭活。如图1所示，本发明的空气的高级氧化净化装置进一步包括带状板整流环7，带状板整流环7固定于导流筒3的内壁上，其在导流筒3的内壁上的固定位置位于相邻的两个螺旋分割盘1之间。带状板整流环7包括多个沿整流环的径向方向设置的带状板9，带状板 9与螺旋分割盘1的平面具有一夹角，该夹角为90°至150°。以带状板9作为径向支撑筋的整流环7固定在导流筒3内壁，带状板整流环7的表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜。导流筒3内平行流动的空气流，在穿越多层螺旋分割盘1时，空气流动方向随之改变，由平行流动变为螺旋流动，使通过下一级多层螺旋分割盘的效率大幅下降。通过改变带状板9与多层螺旋分割盘1的平面的夹角，能够使螺旋流动的空气流穿越带状板9时再次改变方向，使空气气流保持与导流筒3的中心轴向平行的方向流动，提高下一级多层螺旋分割盘1的工作效率，其功能如同气轮机组的定子叶轮组相似。进一步地，光源8通过带状板整流环7固定于导流筒3中，优选地，该光源8为紫外灯。优选地，本发明的空气的高级氧化净化装置包括至少两个螺旋分割盘1，每两个相邻螺旋分割盘1之间的距离为50. 8mm至254mm。微型扇叶2的厚度为0. 25mm至2. 54mm。 微型扇叶2的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的长度为1. 27mm至25. 4mm,临近螺旋分割盘中心孔的最小弦的长度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。微型扇叶2可以在沿螺旋分割盘的径向方向上分段，相邻两段之间的间距为1. 27mm至50. 8mm。本发明的空气的高级氧化净化装置是通过电机5带动导流筒3内的多层螺旋分割盘1高速旋转，同时将含有机污染物和烈性呼吸道传染性病毒的空气强制送入导流筒中， 均速流动的气流被一至八个多层螺旋分割盘1上的沿圆周方向均勻分布的、径向辐射状的上百至数万个多层微型扇叶2，螺旋分割成上百至数万幅连续螺旋状的厚度小于0. 4mm的空气薄膜。每个微型扇叶2的表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜，其能够与空气中的有机污染物和烈性呼吸道传染性病毒发生高级氧化反应。本发明的空气的高级氧化净化装置利用表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的上百至数万个多层微型扇叶，以快速螺旋分割的运动方式，主动、依次、逐层与导流筒3内被强制高速均勻流动的空气中缓慢迁移的每一个有机污染物分子和每一个病毒粒子近距离接触，发生高级氧化光催化反应。其充分利用了高级氧化技术光催化的百万分之一秒的反应速度快的技术特点，确保本发明的本发明的空气的高级氧化净化装置能够高速消除空气中有机污染物和彻底灭活烈性呼吸道传染病毒。
螺旋分割盘1的表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜，这种复合纳米光催化薄膜负载在梯形带2的表面，其基础层为多种金属、金属氧化物的含水层，外层以纳米二氧化钛为主的光催化薄膜，在杀菌紫外线灯的照射下，生成低浓度的03、H2O2，共同激活带含水层的复合纳米光催化薄膜，产生大量羟基，分子式为-0H，氧化还原电位为2. 8V,有极强的氧化性，可与空气中的几乎所有的有机污染物发生链式反应，直至将有机污染物彻底分解为二氧化碳和水，烈性呼吸道传染性病毒也同时灭活，上述高级氧化反应时间为百万分之一秒至十亿分之一秒。由于均速流动的气流中全部的有机污染物分子和烈性呼吸道传染性病毒粒子，与大量羟基发散面的直线距离均小于0. 4mm，就确保本发明在消除空气中有机污染物的高效性和烈性呼吸道传染性病毒灭活的彻底性及一致性。在室温常压下，直径0. 1 微米的粒子受气体分子布郎运动碰撞的迁移速度仅仅为37微米/秒。在空气中，无法用固定负载上的带含水层的纳米光催化薄膜产生的缓慢迁移的羟基快速捕获每一个病毒粒子。这种膜式高级氧化反应为目前已经比较完善的一种净化技术，因此其反应过程在此不再赘述。本发明的空气的高级氧化净化装置的优点在于充分利用高级氧化技术中二氧化钛+紫外线+臭氧+过氧化氢+金属氧化物+金属离子的带含水层的光催化反应的百万分之一秒速度快的技术特点，将均速流动的气流被螺旋分割盘表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的上百至数万个多层微型扇叶，螺旋分割成上百至数万幅连续螺旋状的厚度小于0. 4mm的空气薄膜。假设将导流筒内壁涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜和均速流动的气流实际接触的面积，与均速流动的气流被上百至数万个多层梯形带螺旋分割成上百至数万幅连续螺旋状的厚度小于0. 4mm的空气薄膜和带含水层的复合纳米光催化薄膜实际接触的面积相比，本发明的空气的高级氧化净化装置的空气与纳米光催化薄膜实际接触面积要大4，000倍。为了对各种不同的采用高级氧化技术空气净化器的性能进行客观规范比对，使用等效比表面积的计算方法对其性能进行分析。其定义为在一定时间内，如1秒；在一定风速下，如3米/秒；在一定体积内，如1立方米体积空气净化器内，含有表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜与空气实际接触面积为多少平方米/秒，即等效比面积就为多少平方米/秒。依据等效比表面积计算方法，在1秒，风速3米/秒，1立方米设备容积的相同条件下情况A、四壁涂履PHI薄膜，长X宽X高=1米X 1米X 1米=1立方米中央空调通风管道，四壁表面涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜的实际迎风周长为4米，风速3 米/秒时，空气与带含水层的复合纳米光催化薄膜实际接触面积为4米X3米/秒=12平方米/秒，即等效比表面积为12平方米/秒。情况B、1立方米容积的本发明的空气的高级氧化净化装置内，可做到8，000条多层微型扇叶，每条微型扇叶长度约为0.4米，由于微型扇叶的两面都涂履带含水层的复合纳米光催化薄膜分割空气，实际迎风边长增加一倍，迎风总长度为0.4米X8，000X2 = 6，400米，螺旋分割盘的平均线速度为7. 5米/秒，空气与带含水层的复合纳米光催化薄膜实际接触面积为6，400米X 7. 5米/秒=48，000平方米/秒，即等效比表面积为48，000 平方米/秒。则情况B为情况A的4，000倍。
也就是说，在相等时间内，在相同体积的净化器，都采用相同的高级氧化技术，本发明的空气的高级氧化净化装置将空气与带含水层的复合纳米光催化薄膜实际接触面积增加了 4，000倍的同时，将在1米X 1米截面的风道内高速流动的气流中全部的有机污染物分子和烈性呼吸道传染病毒与带含水层的复合纳米光催化薄膜的最大距离，由500mm缩短至0. 4mm以下，缩短1000余倍，距离每缩小一倍，羟基浓度相对就会增加八倍。在现有的过滤方法中，为了过滤病毒，不得不选用体积大，风阻大的高效过滤器 HEPA，用超细玻璃纤维和PP材料做成的HEPA的孔隙可小到0. 1微米。但为了保持通风量不变，除需大幅增高风压外，还必须经常更换滤材或多次清洗。而本发明的多层螺旋分割盘的每一个梯形孔通风面积比HEPA的0. 1微米孔隙要大几百亿倍，风阻很小，且高级氧化反应的最终生成物为二氧化碳和水，没有二次污染，也无须清洗保养。本发明还提供了一种水的高级氧化净化装置，如图8所示，本发明的水的高级氧化净化装置包括导流筒3、电机5、恒流电解电源和至少一组螺旋分割盘，电机5由电机支架4支撑在导流筒3中，用于驱动螺旋分割盘绕导流筒3的轴心勻速旋转、和驱动水流进入导流筒17中。每组螺旋分割盘包括一个与恒流电解电源正极连接的阳极螺旋分割盘16和一个与恒流电解电源负极连接的阴极螺旋分割盘15，每组螺旋分割盘的阳极螺旋分割盘16和阴极螺旋分割盘15间隔一距离相对设置。每个阳极螺旋分割盘16和阴极螺旋分割盘15的结构与如图2至图7所示的螺旋分割盘1或螺旋分割盘组的结构相同，其分别包括多个以中心定位安装孔10为圆心的沿圆周方向均勻分布的微型扇叶2，微型扇叶2沿阳极螺旋分割盘16和阴极螺旋分割盘15的径向方向设置。微型扇叶2包括多个沿径向方向排列、朝向阳极螺旋分割盘16或阴极螺旋分割盘15的一侧凸出的凸起，水在阳极螺旋分割盘16表面发生氧化反应或高级氧化反应，在阴极螺旋分割盘15表面发生还原反应。本发明的水的高级氧化净化装置进一步包括至少一个带状板整流环7，带状板整流环7固定于导流筒3的内壁上，每个带状板整流环7固定于每组螺旋分割盘的阳极螺旋分割盘16和阴极螺旋分割盘15之间。带状板整流环7包括多个沿整流环的径向方向设置的梯形叶9，梯形叶9与阳极螺旋分割盘16或阴极螺旋分割盘15的平面具有一夹角。梯形叶9与阳极螺旋分割盘或16 阴极螺旋分割盘15的平面之间的夹角为90°至150°。优选地，每个阳极螺旋分割盘16通过一个正电流集流环14与恒流电解电源正极连接，每个阴极螺旋分割盘15通过一个负电流集流环13与恒流电解电源负极连接。螺旋分割盘的数量为一组至八组，其两两相对地固定于电机5的一侧或两侧。每两个相邻的阳极螺旋分割盘16和阴极螺旋分割盘15之间的距离为2. 54mm至254mm。螺旋分割盘的厚度为0. 25mm至5. 08mm，该微型扇叶2的表面涂覆电极材料或由电极材料制成。微型扇叶2的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的长度为1. 27mm至50. 8mm,临近螺旋分割盘的中心孔的最小弦的长度大于微型扇叶厚度的1. 1倍。微型扇叶2可以在沿螺旋分割盘的径向方向上分段，相邻两段之间的间距为1. 27mm至50. 8mm。本发明的水的高级氧化净化装置是在一个导流筒3的电机轴12上布置至少一个电催化阳极多层螺旋分割盘16和至少一个电催化阴极多层螺旋分割盘15及至少一个正电流集流环14和至少一个负电流集流环13。阳极多层螺旋分割盘16与阴极多层螺旋分割盘 15绝缘后轴向布置，中间以绝缘固定在导流筒3内壁的带状板整流环7相隔。如果仅处理水源水重金属离子超标，也可将固定绝缘的带状板整流环7为阳级， 以多层螺旋分割盘为阴级，分别与恒流电解电源的正极和负极连接。也可将固定绝缘的带状板整流环7作为第三电极，使本发明的水的高级氧化净化装置成为三维反应器装置，选择合适的修饰电极，可提高净化效率。其中，带状板整流环7的作用与本发明的空气的高级氧化净化装置中的带状板整流环作用相同，在此不再赘述。如因天气、气候变化影响中水的水质变坏时，选用在线测量仪监测中水污染的变化，通过自动控单元调节所述恒流电解电源的输出电流的大小，自动调整电催化氧化反应的强度。这即节约电能又确保中水深度处理的质量。所述导流筒3上方可布置导气糟，将阳极多层螺旋分割盘16析出的氧气和阴极多层螺旋分割盘15析出的氢气导引出。析出的氢气提纯后可作为新能源使用。当多层螺旋分割盘直径小于2米时，导流筒3可选择水平布置，如大于2米时，导流筒3或可选择垂直布置。所述多层螺旋分割盘是由所述沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的梯形带构成的所述螺旋分割网圆盘多层轴向组合装配成。与空气的高级氧化净化装置相同，阳极螺旋分割盘16与阴极螺旋分割盘15 的制作方法是用冲压、激光切割工艺在电极材料压制的板材上成形或精密铸造工艺成形的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的微型扇叶2而构成。微型扇叶2与阳极螺旋分割盘16或阴极螺旋分割盘15的平面有夹角，微型扇叶2等效于轴流微型水轮机叶片，用于加大对导流筒3内流水的推力，使本发明的水的高级氧化净化装置的水阻力减少或为零。对于离心排水机和轴流排水机，也可将所述螺旋分割盘直接布置在排水机电动机的输出轴上，利用离心排水机和轴流排水机的进水口作所述导流筒。如对水量、水压要求不高的工况，也可稍微加大微型扇叶2与螺旋分割盘的平面之间的夹角，使微型扇叶2同时兼作排水机叶片，可省略排水机。本发明的水的高级氧化净化装置应用高级氧化技术中的电催化氧化还原技术，净化效率高，处理水量大，不用添加任何化学药品，可用于污水处理厂中水深度处理和自来水厂重金属污染净化处理，广泛用于家庭、企业、城市的水净化。本发明的水的高级氧化净化装置的螺旋分割盘可具有多种结构，前述用于空气净化的全部螺旋分割盘都可用于阳极多层螺旋分割盘16和阴极多层螺旋分割盘15。进一步地，阳极多层螺旋分割盘16和阴极多层螺旋分割盘15的制作方法可为用冲压模具或激光切割在电极材料的板材上单片成形三十分之一至二分之一个单片螺旋分割圆盘，从而拼装成一个完整的单片螺旋分割圆盘，以二至十二层单片螺旋分割圆盘组合装配成二至十二层阳极多层螺旋分割盘组或阴极多层螺旋分割盘组。即，以中心定位安装孔10为圆心的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的二至十二层微型扇叶构成的二至十二层阳极多层螺旋分割盘或阴极多层螺旋分割盘。或者，用于本发明的空气或水的高级氧化净化装置中的螺旋分割盘组还可采用另外一种形式，如图9和图10所示，以中心定位安装孔10为圆心，在螺旋分割盘20表面单面用冲压模具冲孔或激光切割成多个微型扇叶形状的扇形孔21，相邻的两个扇形孔21之间形成一条微型扇叶22，每个扇形孔21的最大弦的长度为微型扇叶22的最大弦长度的一倍
13或两倍，从而构成以中心定位安装孔10为圆心的、沿圆周方向均勻分布的、径向辐射状的微型扇叶22所构成的螺旋分割盘零件，该螺旋分割盘零件为一个单片螺旋分割盘的三十分之一至二分之一，，多个单片螺旋分割圆盘零件，拼装成一个完整的单片螺旋分割圆盘， 以二至十二层单片螺旋分割圆盘轴向组合装配成二至十二层阳极多层螺旋分割盘或阴极多层螺旋分割盘。即，以中心定位安装孔10为圆心的沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的二至十二层微型扇叶构成的二至十二层阳极多层螺旋分割盘或阴极多层螺旋分割盘。用冲压整形模具将螺旋分割盘零件的微型扇叶22与阳极多层螺旋分割盘16或阴极多层螺旋分割盘15的平面成形夹角，将多个螺旋分割盘零件拼装成一个完整的单片螺旋分割盘20。然后将二至十二个单片螺旋分割盘轴向组合装配成一个沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的二至十二层微型扇叶构成的二至十二层阳极多层螺旋分割盘16或阴极多层螺旋分割盘15，每两个单片螺旋分割盘20之间用多个环形垫片12固定轴向距离，每两个相邻的螺旋分割圆盘之间的间距为2. 54mm至50. 8mm。进一步地，每两个相邻的单片螺旋分割盘20的相对应的扇形孔之间的角度差为微型扇叶22的弧度，即每个单片螺旋分割盘20相对于其相邻的单片螺旋分割盘20均具有一角度为微型扇叶22的弧度的旋转角。本发明的水的高级氧化净化装置是通过电机带动导流筒内的阳极与阴极多层螺旋分割盘均速旋转，同时将中水或重金属离子污染水源水强制送入导流筒中，均速流动的水流被一至八个阳极螺旋分割盘与一至八个阴极螺旋分割盘上沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的上百至数万个二至十二层微型扇叶螺旋分割成上百至数万幅连续螺旋状的厚度小于0. 4mm的水薄膜。而本发明的水的高级氧化净化装置的多层螺旋分割盘作为运动电极使用。用作高速螺旋分割运动的多层梯形带电极，主动、依次、逐层接近流水中缓慢迁移的每一个有机污染物分子和每一个重金属离子，产生电催化氧化还原反应。厚度小于0. 4mm 的水薄膜中的有机污染物与阳极罗旋分割盘的表面发生直接氧化反应，或在其周围与氧化性极强的-OH发生间接氧化反应，-OH的氧化还原电位为2. 8V,高于常用的高铁酸钾和高铁酸钠的氧化还原电位2. 20V,高于臭氧的氧化还原电位2. 07V,也远远高于氯气的1. 36V。有更高的氧化、净化、脱色、除臭、杀菌、灭毒等效能，高级氧化反应最终生成二氧化碳和水。厚度小于0. 4mm的水薄膜中的重金属离子与阴极螺旋分割盘的表面发生阴极还原反应，将重金属离子还原成金属，在阴极螺旋分割盘的表面沉积，从而达到回收金属，消除水污染的目的。在水里，带电粒子在电场中迁移速度仅仅为30 40微米/秒，除了紧靠电极表面的层流内的有机污染物和重金属离子外，其余绝大部份在短时间内无法参与氧化还原反应。如在10米的密闭静止水池内处理，有时需60 80小时才能彻底完成电催化氧化还原反应。 因此，无法使用电催化氧化还原工艺深度处理大流量的中水和水源水中的重金属离子超标的污染。如使用网状电极，重金属离子还原成金属沉积在金属网上，网孔很快会被堵塞，无法正常工作。本发明的水的高级氧化净化装置的优点在于充分利用高级氧化技术中电催化氧化还原反应速度快的技术特点。将导流筒内均速流动的水流被阳极螺旋分割盘或阴极螺旋分割盘上沿圆周方向均勻分布的径向辐射状的上百至数万个多层微型扇叶，螺旋分割成数十至数万幅连续螺旋状的厚度小于0. 4mm的水薄膜。水薄膜中的有机污染物和重金属离子分别与阳极或阴极表面的直线距离小于0. 4mm，可快速发生氧化还原反应。阴极螺旋分割盘析出的氢气导引出后，提纯析出的氢气可作为新能源使用。同时螺旋分割盘上每一个扇形孔面积比网状电极的每一个网孔面积要大近千倍，不仅阻力很小，又有水高速冲刷，不易堵塞。 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种空气的高级氧化净化装置，其特征在于，包括导流筒、电机、光源和至少一个螺旋分割盘，所述螺旋分割盘固定于所述电机的输出轴上，所述电机的输出轴与导流筒的中心轴重合。所述电机由电机支架支撑在导流筒中，用于驱动螺旋分割盘绕导流筒的中心轴勻速旋转、和驱动空气进入导流筒中，所述螺旋分割盘包括多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的微型扇叶，每个微型扇叶包括多个沿径向方向排列、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的凸起，所述微型扇叶的表面贴附多层具有含水层的光催化薄膜，该光催化薄膜在所述光源的照射下与空气发生高级氧化反应。
2.根据权利要求1所述的空气的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1. 27mm至50. 8mm,临近螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。
3.根据权利要求1或2所述的空气的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的厚度为 0. 25mm 至 2. 54mm
4.根据权利要求1或2所述的空气的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的凸起与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为0°至60°。
5.根据权利要求1或2所述的空气的高级氧化净化装置，其特征在于，所述凸起的高度为 1. 27mm 至 25. 4mm。
6.一种水的高级氧化净化装置，其特征在于，包括导流筒、电机、恒流电解电源和至少一组螺旋分割盘，所述电机由电机支架支撑在导流筒中，用于驱动所述螺旋分割盘绕导流筒的轴心勻速旋转、和驱动水流进入导流筒中，每组螺旋分割盘包括一个与恒流电解电源正极连接的阳极螺旋分割盘和一个与恒流电解电源负极连接的阴极螺旋分割盘，每组螺旋分割盘的阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘间隔一距离相对设置，每个所述阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘包括多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的微型扇叶，微型扇叶包括多个沿所述阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘的径向方向排列、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的凸起，水在所述阳极螺旋分割盘表面发生氧化反应或高级氧化反应，在所述阴极螺旋分割盘表面发生还原反应。
7.根据权利要求6所述的水的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的临近阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1. 27mm至50. 8mm,临近阳极螺旋分割盘和阴极螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍， 所述微型扇叶的表面涂覆电极材料或由电极材料制成。
8.根据权利要求6或7所述的水的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的厚度为 0. 25mm M 5. 08mm。
9.根据权利要求6或7所述的水的高级氧化净化装置，其特征在于，所述微型扇叶的第一凸起、第二凸起与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为0°至60°。
10.一种螺旋分割盘，其特征在于，包括中心孔和多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的第一微型扇叶，第一微型扇叶包括多个沿径向方向排列的、朝向所述螺旋分割盘的一侧凸出的第一凸起。
11.根据权利要求10所述的螺旋分割盘，其特征在于，进一步包括第二微型扇叶，所述第二微型扇叶包括多个沿径向方向排列的、朝向所述螺旋分割盘的另一侧凸出的第二凸起，所述第一微型扇叶和第二微型扇叶连续交错排列。
12.根据权利要求11所述的螺旋分割盘，其特征在于，进一步包括第三微型扇叶，每个第三微型扇叶设置在相邻的第一微型扇叶和第二微型扇叶之间。
13.根据权利要求12所述的螺旋分割盘，其特征在于，所述第一、第二和第三微型扇叶的临近螺旋分割盘外边缘的最大弦的宽度为1. 27mm至50. 8mm,临近所述螺旋分割盘的中心孔的最小弦的宽度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。
14.根据权利要求13所述的螺旋分割盘，其特征在于，所述第一、第二和第三微型扇叶的厚度为0. 25mm至5. 08mm。
15.根据权利要求14所述的螺旋分割盘，其特征在于，所述第一、第二和第三微型扇叶与所述螺旋分割盘的平面之间的夹角为0°至60°。
16.根据权利要求11至14中任一权利要求所述的螺旋分割盘，其特征在于，所述第一凸起和第二凸起的高度为1. 27mm至25. 4mm。
17.一种螺旋分割盘组，其特征在于，其包括多个螺旋分割圆盘，每两个相邻的螺旋分割圆盘的中心孔对齐地固定，所述每个螺旋分割圆盘包括多个沿所述螺旋分割圆盘的径向方向设置的微型扇叶和设置在两个相邻的微型扇叶之间的扇形孔，每个扇形孔的最大弦的长度为所述微型扇叶的最大弦的长度的一倍至两倍。
18.根据权利要求17所述的螺旋分割盘组，其特征在于，所述微型扇叶的临近所述螺旋分割圆盘外边缘的最大弦的长度为1. 27mm至50. 8mm,临近所述螺旋分割圆盘的中心孔的最小弦的长度大于所述微型扇叶厚度的1. 1倍。
19.根据权利要求17或18所述的螺旋分割盘组，其特征在于，进一步包括每两个相邻的螺旋分割盘的相对应的扇形孔之间的角度差为所述微型扇叶的弧度。
全文摘要
本发明提供了一种空气、水的高级氧化净化装置及其螺旋分割盘，包括导流筒、电机和至少一个螺旋分割盘，螺旋分割盘固定于电机的输出轴上，电机的输出轴与导流筒的中心轴重合，电机由电机支架支撑在导流筒中，用于驱动螺旋分割盘绕导流筒的中心轴匀速旋转、和驱动空气或水进入导流筒中，螺旋分割盘包括多个沿螺旋分割盘的径向方向设置的微型扇叶，微型扇叶包括多个沿径向方向连续交错排列的第一凸起和第二凸起，第一凸起和第二凸起分别朝向螺旋分割盘的两侧凸出，空气或水通过在螺旋分割盘表面发生光催化高级氧化反应或电催化氧化还原反应而得到净化。本发明的净化装置反应速度块、结构简单、没有二次污染，能连续进行净化处理，且风阻为零。
文档编号A61L9/18GK102178970SQ20111009938
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者余小多, 林滨, 林蒙 申请人:余小多, 林滨, 林蒙