专利名称：高吸附性多功能空气净化器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于空气净化技术领域，特别涉及一种集电子集尘、光催化降解和空气负离子化于一体的高吸附性多功能空气净化装置。
背景技术：
随着人们生活水平的提高和居住条件的改善，大量石油化工产品、电器产品和能产生挥发性有机物的建筑和装修材料被带入室内，引起了严重的室内污染，室内空气的污染程度是室外空气的5～10倍。调查测试结果表明，现代居室内可测出的有害物种达500多种，其中挥发性有机物(VOC)达300余种，致癌物就多达20多种。普遍认为，室内的有害污染物主要有以下几类粉尘、各种细菌和病毒、无机有害气体(如NH3、H2S、NOx、SO2等)及挥发性有机物(如甲醛、苯、甲苯、二甲苯等)，人体在室内长期与这些污染物接触，极易引发如癌症、白血病等多种疾病。
半导体光催化剂在紫外光的激发下，可产生高能的空穴-电子对，在空气中的氧和水的参与下，可将吸附于光催化剂表面的细菌、病毒及各种有害气体通过氧化还原作用而降解成无机小分子，达到净化空气的目的。光催化技术是当今空气净化的主要技术之一。
另外，空气中的负离子量的增加，可有效消灭空气中的灰尘、细菌、病毒、废气等对人体有害的带正电离子，促进人体的新陈代谢，防治多种疾病。因此，空气负离子化已成为改善空气质量、防治疾病的重要技术措施。
目前，在光催化空气净化领域内，涉及到光催化剂的负载和复合型光催化剂的配置这两个核心问题的专利技术可为以下两类(1)光催化剂负载于无吸附性的载体上，中国专利00100561.8，其特点是将光催化剂涂覆于金属网上，气流穿过网孔；中国专利95223245.6，其特点是将光催化剂负载于玻璃纤维上，气流穿过填充有玻璃纤维的床层；中国专利02212337.7，其特点是将光催化剂负载于玻璃管外壁，气流穿过空心玻璃管组成的堆积床；其缺陷在于光催化剂对于气相有机污染物的吸附能力较差，光催化效率较低。
(2)光催化剂负载于吸附性载体上，中国专利02139299.4，其特点是将光催化剂与活性炭混合后涂覆于纤维丝上，气流方向与光催化剂层平行；中国专利98240831.5，其特点是将光催化剂担载于孔隙率大于70％的多孔玻璃或多孔陶瓷上，并制成腔体套于紫外灯管上，气流从孔隙中流入；其缺陷在于紫外辐射不能进入吸附性载体的内部孔道，以致光催化作用只能在吸附性载体表面发生。
常用的负离子发生装置，采用高压针尖放电产生负离子。这类装置在针尖放电过程中会产生相当量的臭氧，而且针尖电压高达7000伏以上，存在一定的安全隐患；针尖使用一段时间会氧化生锈，降低负离子的输出量和增加臭氧的产出量，影响净化空气的效率，从而影响其推广应用。
发明内容
本实用新型的目的是针对当前使用的光催化空气净化器，使用的光催化材料吸附性能不强，光催化效率低下且易产生二次污染，及当前使用的负离子发生装置存在着的臭氧量大、针尖电压过高，有一定安全隐患的缺陷，而提供一种将电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置集于一体，形成一种具有集尘、光催化降解和空气负离子化功能的高吸附性多功能空气净化装置。
本实用新型的技术方案如下本实用新型提供的高吸附性多功能空气净化装置，包括壳体1和依次放置于壳体1内的电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置；所述的电子集尘装置由位于壳体1进气口12处的一组正离子导线7和位于所述正离子导线7后置的集尘网6组成，该组正离子导线7与直流高压源的正电位端相连，与集尘网6构成电离区；所述的光催化降解装置位于电子集尘装置的后置，包括至少一组紫外光灯管5及排布于灯管5四周纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42，其中纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41接地，紫外光灯管5与一外接电源电连接；所述的负离子发生装置位于光催化降解装置的后置，由直流高压源和作为负离子发生源的活性炭纤维带8组成；活性炭纤维带8后置的壳体(1)的出气口11处安装有一抽风装置10，所述直流高压源的负电位端与活性炭纤维带8相连；所述的集尘网6为不锈钢网、铝网或铜网，安装于固定在壳体1内壁上的插槽2内，并与接地端13相连；所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41是以活性炭纤维丝为载体，纤维丝上负载有一层厚度为50～200nm、包覆均匀的TiO2光催化剂层，TiO2光催化剂晶型为单一的锐钛矿相；纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41呈毡状或布状；所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41与金属网支架3粘结成一体，安装于固定在壳体1内壁上的插槽2内，并与接地端13相连；所述的横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42是以活性炭纤维丝为载体，纤维丝上负载有一层厚度为50～200nm、包覆均匀的TiO2光催化剂层，TiO2光催化剂晶型为单一的锐钛矿相；所述的横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42夹装在壳体1的顶面和底面上，与空气流动方向平行；所述的紫外光灯管5为低功率的石英质灯管，波长λ＜380nm；作为负离子发生源的活性炭纤维带8安装于位于壳体(1)出气口11的导风筒9前缘，并紧贴于抽风装置10的叶轮；作为负离子发生源的活性炭纤维带8为炭化、活化完全的高导电性活性炭纤维带，呈毡状或布状；所述的抽风装置为轴流风机、离心式风机或风扇；所述的壳体1为圆形筒、长方体筒的箱形筒或椭圆形筒。
本实用新型的工作原理污浊空气进入本实用新型的高吸附性多功能空气净化器，穿过一组正离子导线产生的电离区时带上正电荷，荷电粉尘、毛发等被捕集于集尘网上；当气流穿过接地的活性炭纤维基TiO2光催化层后，因活性炭纤维的高吸附性及光催化材料带与荷电污染物间存在一定的电势差，带正电荷的细菌、病毒及有害气体等会被大量地吸附于活性炭纤维上，为光催化降解过程提供了一个预富集的污染源，提高了光催化的效率，同时光催化降解使得吸附剂得到原位再生，于是，光催化降解装置内形成了一个吸附-光催化降解-吸附剂原位再生-再吸附的良性循环过程；因活性炭纤维的高吸附性，降解产生的中间产物仍将吸附于光催化剂表面，不会形成二次污染；空气穿过负离子发生装置时，带上大量电子而成负离子，被快速地排出壳体外，增加空气中的负离子浓度。该净化器的工作过程如附图4所示。
综上所述，本实用新型的工作过程依次包括电子集尘、吸附-光催化降解-吸附剂原位再生、空气负离子化三个主要过程。具有集尘、吸附和光催化降解细菌、病毒和有机物污染及空气负离子化的多种功能。
附图1是纵(横)向活性炭纤维基TiO2光催化材料带的扫描电子显微镜照片；附图2是本实用新型提供的高吸附性多功能空气净化器的结构示意图；
附图3是图1的A-A剖视示意图；附图4是本实用新型的光催化降解过程原理图；其中壳体1 插槽2 金属网支架3纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41紫外光灯管5横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42集尘网6 正离子导线7 活性炭纤维带8导风筒9 抽风装置10出气口11进入气12 接地端1具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式
附图2是本实用新型提供的高吸附性多功能空气净化器的结构示意图；附图3是高吸附性多功能空气净化器的A-A剖视示意图；由图可知，本实用新型提供的高吸附性多功能空气净化装置，包括壳体1和依次放置于壳体1内的电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置；所述的电子集尘装置由位于壳体1进气口12处的一组正离子导线7和位于所述正离子导线7后置的集尘网6组成，该组正离子导线7与直流高压源的正电位端相连，与集尘网6构成电离区；所述的光催化降解装置位于电子集尘装置的后置，包括至少一组紫外光灯管5及排布于灯管5四周纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42，其中纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41接地，紫外光灯管5与一外接电源电连接；所述的负离子发生装置位于光催化降解装置的后置，由直流高压源和作为负离子发生源的活性炭纤维带8组成；活性炭纤维带8后置的壳体(1)的出气口11处安装有一抽风装置10，所述直流高压源的负电位端与活性炭纤维带8相连；所述的集尘网6为不锈钢网、铝网或铜网，安装于固定在壳体1内壁上的插槽2内，并与接地端13相连；所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41是以活性炭纤维丝为载体，纤维丝上负载有一层厚度为50～200nm、包覆均匀的TiO2光催化剂层，TiO2光催化剂晶型为单一的锐钛矿相；纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41呈毡状或布状；所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41与金属网支架3粘结成一体，安装于固定在壳体1内壁上的插槽2内，并与接地端13相连；所述的横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42是以活性炭纤维丝为载体，纤维丝上负载有一层厚度为50～200nm、包覆均匀的TiO2光催化剂层，TiO2光催化剂晶型为单一的锐钛矿相；所述的横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42夹装在壳体1的顶面和底面上，与空气流动方向平行；所述的紫外光灯管5为低功率的石英质灯管，波长λ＜380nm；作为负离子发生源的活性炭纤维带8安装于位于壳体(1)出气口11的导风筒9前缘，并紧贴于抽风装置10的叶轮；作为负离子发生源的活性炭纤维带8为炭化、活化完全的高导电性活性炭纤维带，呈毡状或布状；所述的抽风装置为轴流风机、离心式风机或风扇；所述的壳体1为圆形筒、长方体筒的箱形筒或椭圆形筒。
在本实用新型中，当抽风机10动作，外界空气由进气口12进入壳体1内，通过一组正离子导线7产生的电离区后，污染物带上了正电荷，流经接地的集尘网6后，荷电粉尘、毛发等被捕集于集尘网6上；荷电污浊空气再穿过接地的活性炭纤维基TiO2光催化材料带41后，借由该催化材料的高吸附性及与荷电污染物间的电势差，污染物会被大量地吸附到活性炭纤维上，为光催化降解过程提供了一个预富集的污染源，紫外光激发TiO2光催化剂产生羟基自由基(·OH)和超氧负离子自由基(·O-2)等强氧化性物种，降解吸附的污染物，同时，活性炭纤维也得到原位再生，于是，光催化空间内形成了一个吸附-光催化降解-吸附剂原位再生-再吸附的良性循环过程；光催化后的空气穿过作为负离子发生源的活性炭纤维带8时，空气中的氧和水分子等带上电子而成负离子，被抽风装置10排出壳体1外，进入室内空间。
实施例1本实施例的高吸附性多功能空气净化装置，壳体1为圆形筒(当然，也可以是长方体筒型或椭圆形筒)，其内依次放置于电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置；所述电子集尘装置由位于壳体1进气口12处的一组正离子导线7和位于所述正离子导线7后置的不锈钢(当然，也可以是铝网或铜网)集尘网6组成，该组正离子导线7与直流高压源的正电位端相连，与集尘网6构成电离区；所述的光催化降解装置位于电子集尘装置的后置，包括至少一组紫外光灯管5及排布于灯管5四周纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42，其中纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41接地，紫外光灯管5与一外接电源电连接；本实施例的紫外光灯管5是波长为254nm的石英质灯管，与220V的外接电源相接；所述纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42是按下述步骤制作的1、市售聚丙烯腈基(也可以为剑麻基、粘胶基、沥青基或酚醛树脂基活性炭纤维)活性炭纤维用30～50wt％浓硝酸氧化处理40～80min，然后用去离子水洗涤至中性，烘干；2、步骤1干燥后的活性炭纤维置于分子吸附沉积装置内，在真空压力小于或等于1.0×10-2Pa、温度为110～150℃的条件下维持1～2小时；降温至室温，向此分子吸附沉积装置通入纯TiCl4蒸汽至压力为10～20kPa，并维持1～1.5h，活性炭纤维上吸附了TiCl4；3、此分子吸附沉积装置再通入过量的饱和水蒸汽，活性炭纤维上吸附的TiCl4水解，生成钛的氢氧化物，得到包覆了钛的氢氧化物的活性炭纤维；4、步骤3得到的包覆了钛的氢氧化物的活性炭纤维，于氩气(也可以是氮气)保护气氛下，600～700℃焙烧1～2小时，得到纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42。
所述纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42呈毡状(也可以呈布状或纸状)，比表面积大于等于800m2/g。
本实施例的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带41与金属网支架3粘结成一体，安装于固定在壳体1内壁上的插槽2内，并与接地端13相连；本实施例的横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带42夹装在壳体1的顶面和底面上，与空气流动方向平行；负离子发生装置位于光催化降解装置的后置，由直流高压源和作为负离子发生源的活性炭纤维带8组成；活性炭纤维带8后置的壳体(1)的出气口11处安装有一抽风装置10，所述直流高压源的负电位端与活性炭纤维带8相连；该作为负离子发生源的活性炭纤维带8为炭化、活化完全的高导电性活性炭纤维带，呈毡状(或布状)；采用该高吸附性多功能空气净化器净化体积约为45米3(长3.5米，宽4米，高3.2米)密闭房间，该房间内预先设定一定浓度的粉尘(以香烟尘作为本底)、二氧化硫、苯、硫化氢和细菌，接通电源让该净化器运作2小时，测定以上污染物的浓度，得到净化效率如下粉尘除去率92％，二氧化硫的降解率93.5％、苯的降解率91.2％、硫化氢的降解率86.6％和细菌的去除率96.5％，距离净化器的出气口(11)约30cm处测定负离子浓度为5.67×104个/cm3，测试距离为50cm处的负离子浓度为2.34×104个/cm3。
权利要求1.一种高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，包括壳体(1)和依次放置于壳体(1)内的电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置；所述的电子集尘装置由位于壳体(1)进气口(12)处的一组正离子导线(7)和位于所述正离子导线(7)后置的集尘网(6)组成，所述正离子导线(7)与直流高压源的正电位端相连，与集尘网(6)构成电离区；所述的光催化降解装置位于电子集尘装置的后置，包括至少一组紫外光灯管(5)及排布于灯管(5)四周纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(41)和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(42)，其中纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(41)接地，紫外光灯管(5)与一外接电源电连接；所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(41)和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(42)采用分子吸附沉积—焙烧工艺制备，具体步骤如下1)市售聚丙烯腈基、剑麻基、粘胶基、沥青基或酚醛树脂基活性炭纤维活性炭纤维用30～50wt％浓硝酸氧化处理40～80min，然后用去离子水洗涤至中性，烘干；2)步骤1干燥后的活性炭纤维置于分子吸附沉积装置内，在真空压力小于或等于1.0×10-2Pa、温度为110～150℃的条件下维持1～2小时；降温至室温，向此分子吸附沉积装置通入纯TiCl4蒸汽至压力为10～20kPa，并维持1～1.5h，活性炭纤维上吸附了TiCl4；3)此分子吸附沉积装置再通入过量的饱和水蒸汽，活性炭纤维上吸附的TiCl4水解，生成钛的氢氧化物，得到包覆了钛的氢氧化物的活性炭纤维；4)步骤3得到的包覆了钛的氢氧化物的活性炭纤维，于氩气或氮气保护气氛下，600～700℃焙烧1～2小时而得到；所述的负离子发生装置位于光催化降解装置的后置，由直流高压源和作为负离子发生源的活性炭纤维带(8)组成；在壳体(1)的出气口(11)处，活性炭纤维带(8)的后置安装一抽风装置(10)，所述直流高压源的负电位端与活性炭纤维带(8)相连。
2.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述的集尘网(6)为不锈钢网、铝网或铜网，安装于固定在壳体(1)内壁上的插槽(2)内，并与接地端(13)相连。
3.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(41)和横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(42)是以活性炭纤维丝为载体，纤维丝上负载有一层厚度为50～200nm、包覆均匀的TiO2光催化剂层，TiO2光催化剂晶型为单一的锐钛矿相。
4.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述的纵向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(41)与金属网支架(3)粘结成一体，安装于固定在壳体(1)内壁上的插槽(2)内，并与接地端(13)相连；横向活性炭纤维基TiO2光催化材料带(42)夹装在壳体(1)的顶面和底面上，与空气流动方向平行。
5.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述的紫外光灯管(5)为低功率的石英质灯管，波长λ＜380nm。
6.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，作为负离子发生源的活性炭纤维带(8)安装于位于壳体(1)出气口(11)的导风筒(9)前缘，并紧贴于抽风装置(10)的叶轮。
7.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，作为负离子发生源的活性炭纤维带(8)为炭化、活化完全的高导电性活性炭纤维带，呈毡状或布状。
8.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述的抽风装置为轴流风机、离心式风机或风扇。
9.如权利要求1所述的高吸附性多功能空气净化装置，其特征在于，所述的壳体(1)为圆柱形筒、长方体筒的箱形筒或椭圆形筒。
专利摘要本实用新型涉及一种高吸附性多功能空气净化器。该净化器由壳体、电子集尘装置、光催化降解装置和负离子发生装置四部分组成。电子集尘装置由一组正离子导线和集尘网组成；光催化降解装置由数组紫外光灯管及排布于灯管四周的活性碳纤维基TiO
文档编号F24F3/16GK2656867SQ20032010160
公开日2004年11月17日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者傅平丰, 栾勇, 戴学刚 申请人:中国科学院过程工程研究所