专利名称：一种管状光催化空气净化器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光催化空气净化领域，特别涉及一种管状光催化空气净化器。
背景技术：
由于建筑涂料、装饰材料的广泛使用，使得室内空气中的甲醛、甲苯、二甲苯等挥发性有机化合物浓度过高，危害人体健康。半导体型光催化材料不仅能够有效净化各种挥发性有机化合物，并且具有良好的杀菌和抑制病毒活性的能力，还不会产生危害人体健康的中间产物，在环境治理和能源开发方面备受关注。尤其是TiO2光催化材料，不仅具有反应条件温和、催化活性高、降解无选择性、廉价、无毒且可重复利用的特性，其所需的设备也具有结构简单、操作条件容易控制的优点。把TiO2光催化材料附着在管状结构内壁，在紫外光照射下，TiO2会产生光生空穴-电子对，空穴具有极强的氧化能力，电子具有极强的还原能力，能有效的将流经TiO2表面的气体污染物分解成CO2和水蒸气，最终达到净化空气的目的。光催化反应器是研究光催化反应机理和催化剂活性的重要设备，但目前光催化反应器的有效设计一直制约着光催化技术在空气净化方面的应用。传统的管状光催化反应器，紫外光源位于反应器外管的轴线方向上，反应器外管内壁上的光催化剂受到均匀光照，从而保证较快的光催化反应速率。但传统的管状光催化反应器也有其明显的缺点:首先，由于受外管尺寸的制约，管状反应器内的有效光催化反应面积明显不足，从而使得紫外光源利用率不高。其次，管轴方向上的紫外光源与反应器外管之间距离经常会布置不合理，这样就导致管内大部分气流没有与光催化剂接触就直接流出反应器(气体短流)，使得光催化剂表面的反应-传质效率明显低下。要想充分利用管状光催化反应器在空气净化方面的优势，就必须增大反应器内的有效反应面积以提高光源利用率，并优化反应器内结构以防止气体短流和提高光催化剂表面的反应-传质能力。如何解决这些问题，将直接影响管状光催化反应器的实际应用价值。
发明内容
本发明涉及一种新型管状光催化空气净化器，其特点在于能够克服现有的管状光催化反应器设计中存在的反应器内的有效光催化反应面积不足、反应气体容易受光源与外管间距布置不合理的影响而出现管内短流的缺点，提供一种有效反应面积大、紫外光源利用率高、光催化剂表面的反应-传质能力强、结构简单的管状光催化空气净化器。实现所述目的之技术方案是这样一种管状光催化空气净化器，它包括净化器外管、紫外灯管、透明套管、轴向肋片、光催化剂、前盖、后盖、进气口和出气口。净化器外管内壁和轴向肋片表面均涂有光催化剂；前盖和后盖分别在净化器外管的前端和末端；透明套管位于净化器外管的管轴线方向上；紫外灯管放置在透明套管内，透明套管不影响紫外光透过，透明套管把紫外灯管和反应气体隔离开；轴向肋片固定在透明套管外表面，轴向肋片与透明套管为一体结构，且轴向肋片沿净化器外管半径方向均匀分布；轴向肋片将净化器外管和透明套管之间的空间分割成若干条截面积相同的气体通道，轴向肋片的数量为3-7片，气体通道的数量为3-7条；轴向肋片端部的三角形工艺缺口，又将各条气体通道连通，使气体依次流过各条气体通道；进气口与首条气体通道的起始端连通，出气口与最后一条气体通道的末端连通；净化器外管的内壁和轴向肋片的表面带有不连续的增涡纹理，能增强气体流过时的纵向涡流强度。所述的工艺缺口位于轴向肋片的一端，呈三角形，是将轴向肋片外侧边角剪切后得到的。设计这样的工艺缺口，是因为三角形的工艺缺口与其他形式(如长方形)的缺口相t匕，三角形的工艺缺不会影响轴向肋片与透明套管一体结构的牢固性；同时反应气体通过三角形的工艺缺口所产生的流体扰动强度更大，使反应气体在后面的气体通道内与光催化剂的接触效率更高。所述的光催化剂是纳米级TiO2光催化剂。可通过现有方法，例如溶胶-凝胶法、喷涂法和刷浆法等将光催化剂负载在净化器外管内壁和轴向肋片表面上。进气口在前盖上。当气体通道的数量为奇数时，出气口在后盖上；当气体通道的数量为偶数时，出气口在前盖上。本发明的使用方法如下:
本发明所涉及的管状光催化空气净化器，将纳米级TiO2光催化剂负载在净化器外管内壁和轴向肋片表面上，反应气体通过进气口沿净化器外管的轴线方向进入轴向肋片所隔成的气体通道内。由于工艺缺口的连通作用，反应气体依次通过各条气体通道，在增涡纹理的影响下呈湍流流动。在紫外灯管的照射下，反应气体中的VOCs与纳米级TiO2光催化剂发生光催化氧化反应，转变为无害的CO2和水蒸气，净化后的气体经出气口排出净化器。与现有利用光催化技术的管状空气净化器相比，本发明提供的管状光催化空气净化器具有如下优点:
一般的管状空气净化器，管壁内壁涂覆有光催化剂，气体只在管壁处发生光催化氧化反应。本发明所述的管状光催化空气净化器，利用端部带有工艺缺口的轴向肋片在净化器外管和紫外灯管间形成若干条连通型气体通道，延长了反应气体在净化器内的流动距离，增大了光催化反应的有效面积，提高了紫外光源利用率。呈三角形的工艺缺口不影响轴向肋片与透明套管一体结构的稳定并能使反应气体与TiO2充分接触。净化器外管内壁和轴向肋片上的不连续增涡纹理，增强了光催化剂表面的纵向涡流强度，增大了反应气体垂直于光催化剂表面的速度分量，强化了对流传质效果。
图1—管状光催化空气净化器结构示意 图2——轴向肋片与透明套管的一体结构示意 图3—净化器外管内壁和轴向肋片表面的不连续增涡纹理示意图。
具体实施例方式一种管状光催化净化器(参考图1、2、3)，它包括净化器外管2、紫外灯管4、透明套管5、轴向肋片3、光催化剂、前盖7、后盖8、进气口 I和出气口 6。选择轴向肋片3的数量为3片，轴向肋片3沿净化器外管2的半径方向固定在透明套管5表面上，轴向肋片3相互间的夹角为120°，轴向肋片3与透明套管5呈一体结构。将轴向肋片3—端的外侧边角剪切出呈三角形的工艺缺口 31。净化器外管2内壁和轴向肋片3表面带有不连续增涡纹理。纳米级TiO2光催化剂负载在净化器外管2内壁和轴向肋片3表面上。透明套管5和轴向肋片3放置在净化器外管2内，透明套管5在净化器外管2的管轴线方向上，紫外灯管4位于透明套管5内。再将前盖7和后盖8分别固定在净化器外管2的前端和末端。这时，轴向肋片3就使得净化器外管2和透明套管5之间的空间形成3条截面相同的气体通道32，工艺缺口 31又将气体通道32依次连通，反应气体可依次通过这3条气体通道32。最后将进气口 I和出气口 6分别安装在前盖7和后盖8上，并且使进气口 I与首条气体通道32起始端连通，出气口 6与最后一条气体通道32末端连通。含有VOCs的反应气体经进气口 I进入净化器后，依次通过3条气体通道32，在不连续增涡纹理的影响下呈湍流流动。反应气体在净化器内流动的过程中，受紫外灯管4的照射作用，VOCs在净化器外管2内壁和轴向肋片3表面上与TiO2发生光催化氧化反应，净化处理后的气体经出气口 6排出净化器。
权利要求
1.一种管状光催化空气净化器，包括净化器外管(2)、紫外灯管(4)、透明套管(5)、轴向肋片(3)、光催化剂、前盖(7)、后盖(8)、进气口(I)和出气口(6)，其特征在于:净化器外管(2)内壁和轴向肋片(3)表面均涂有光催化剂；透明套管(5)位于净化器外管(2)的管轴线方向上；紫外灯管(4)放置在透明套管(5)内；轴向肋片(3)固定在透明套管(5)外表面；轴向肋片(3)的一端带有三角形的工艺缺口(31)。
2.根据权利要求1所述的管状光催化空气净化器，其特征在于:所述轴向肋片(3)沿净化器外管(2)的半径方向均匀分布在透明套管(5)外表面，轴向肋片(3)与透明套管(5)为一体结构，透明套管(5)不影响紫外光透过。
3.根据权利要求1所述的管状光催化空气净化器，其特征在于:所述轴向肋片(3)将净化器外管(2)和透明套管(5)之间的空间分割成若干条截面积相同的气体通道(32)，工艺缺口(31)又将相邻的气体通道(32)连通；轴向肋片(3)的数量为3-7片，气体通道(32)的数量为3-7条。
4.根据权利要求1所述的管状光催化空气净化器，其特征在于:所述工艺缺口(31)位于轴向肋片(3)的一端，呈三角形，是将轴向肋片(3)的外侧边角剪切后得到的。
5.根据权利要求1所述的管状光催化空气净化器，其特征在于:所述净化器外管(2)的内壁和轴向肋片(3)的表面带有不连续的增涡纹理。
6.根据权利要求1至5所述的任一管状光催化空气净化器，其特征在于:所述的光催化剂为纳米级TiO2。
7.根据权利要求1至5所述的任一管状光催化空气净化器，其特征在于:所述的进气口(I)在前盖(7)上，与首条气体通道(32)起始端连通；出气口(6)与最后一条气体通道(32)末端连通，气体通道(32)的数量为奇数时出气口(6)在后盖(8)上，气体通道(32)的数量为偶数时出气口(6)在前盖(7)上。
全文摘要
一种管状光催化空气净化器，包括净化器外管、紫外灯管、透明套管、轴向肋片、光催化剂、前盖、后盖、进气口和出气口。前盖和后盖在净化器外管两端；光催化剂负载在表面带有不连续增涡纹理的净化器外管内壁和轴向肋片表面；透明套管在净化器外管的管轴方向上；紫外灯管在透明套管内；轴向肋片沿净化器外管半径方向固定在透明套管表面；轴向肋片一端带有三角形工艺缺口，在净化器外管和透明套管间形成若干条截面相同且依次连通的气体通道。反应气体经进气口进入净化器后依次流过各气体通道，受紫外光照射发生光催化反应，净化后经出气口排出净化器。该净化器光催化反应面积大，对流传质作用强，紫外光利用率高，可广泛用于空气净化领域。
文档编号B01D53/72GK103170243SQ20131012320
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者郑洁, 刘鹏, 王小艳, 张颜梅, 冯薪谕, 崔鹏飞 申请人:重庆大学