基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法，空气被引入中空纤维膜管，并透过中空纤维膜管上的膜孔，截留分离空气中的悬浮颗粒物和大分子有机污染物，然后以气泡的形式穿过水层，除去空气中能溶于水的污染物，得到净化后的空气。本发明还公开了一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置。本发明主要基于膜分离和水洗净化技术，并结合活性炭吸附和紫外线杀菌，实现对封闭空间内空气的全面净化，节约能源，噪声小。
【专利说明】基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及空气净化【技术领域】，尤其涉及一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法及装置。
【背景技术】
[0002]一些专家称，继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后，现代人正进入以“室内空气污染”为标志的第三污染时期。现代人有80%以上，平均90%的时间在室内度过，在传统建筑中，人们常采用将室外空气引入室内的通风方式，来改善室内热舒适条件及空气品质。随着采暖空调的广泛使用，出于系统节能的考虑，人们开始提高建筑的密封程度，同时减少新风量，导致室内污染物得不到新风稀释而浓度升高。此外，室外空气的污染问题也日趋严重，新风中的污染物，尤其是PM2.5，可进入人体肺部，对人体健康危害极大。
[0003]现有的空气净化技术主要有:静电集尘技术、活性炭吸附技术、滤网过滤技术、负尚子技术、低温非对称等尚子技术、光催化净化技术等。
[0004]现有技术主要存在的问题有:一、除尘不彻底，会产生二次污染，如静电集尘、负离子技术；二、净化过程会产生有害副产物，如静电集尘、负离子技术和光催化净化技术都会产生臭氧、氮氧化物等对人体有害的物质。
[0005]现在还有一类空气净化器采用的是水洗净化，如专利申请号为201120154964.3的“水洗空气净化器”、专利申请号为200820118641.7的“一种圆锥形内螺旋吸水式水洗空气净化装置”等，它们是使空气在通过水帘或水幕时得到净化，这种净化器产生水帘或水幕需要耗费大量水和电，而且噪声很大。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法及装置，在膜分离技术和水洗净化空气技术的基础上，并结合现有的活性炭吸附和紫外线除菌技术，使空气得到全面的净化。
[0007]一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，包括带有进风口和送风口的壳体，所述壳体内设有中空纤维膜组件，中空纤维膜组件包括:
[0008]膜壳，内部装有水，顶部开有出风口，该出风口与所述送风口连通；
[0009]中空纤维膜管束，浸没在所述膜壳内的水中，由多根中空纤维膜管组成，所述中空纤维膜管束的一端密封，另一端穿过膜壳与所述的进风口连通。
[0010]本发明所采用的技术方案是:将化工领域的新兴技术——膜分离技术应用于空气净化，采用中空纤维膜和水共同作用，将中空纤维膜管束浸没在水中，空气从一侧通入中空纤维膜管束，经中空纤维膜管束分离后的空气以气泡的形式从水中冒出，空气中的悬浮颗粒物和能溶于水的气体污染物被去除，实现空气的初步净化。
[0011]优选的，位于所述壳体内，在所述出风口和送风口之间依次设有活性炭板和紫外灯管。初步净化后的空气还存在部分不溶于水的有害物质及细菌、病毒等，活性炭板和紫外灯管能依次除去不溶于水的有害物质及细菌、病毒等，使空气得到完全的净化。
[0012]所述的中空纤维膜管为疏水性中空纤维膜管，使水不能进入膜管内；优选为聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜管、聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜管或聚氯乙烯(PVC)中空纤维膜管。
[0013]进风口处设有风机，风机用于空气的引入，加速空气进入壳体内，提升空气净化速度。
[0014]优选的，所述膜壳的顶部还设有入水口，底部设有出水口。膜壳内的水在使用一段时间后，水中的杂质和有害物质增加，会降低悬浮颗粒物和能溶于水的气体污染物的去除效率，因此，在膜壳上设置入水口和出水口，便于水的更换。
[0015]所述中空纤维膜管束的一端通过环氧树脂密封，另一端管与管之间以及管与所述膜壳之间也采用环氧树脂密封。中空纤维膜管束的两端均采用环氧树脂密封，以使空气只能从管壁上的膜孔通过，并防止水进入中空纤维膜管束内以及膜壳内水的泄漏。
[0016]本发明还提供了一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法，空气被弓I入中空纤维膜管，并透过中空纤维膜管上的膜孔，截留分离空气中的悬浮颗粒物和大分子有机污染物，然后以气泡的形式穿过水层，除去空气中能溶于水的污染物，得到净化后的空气。
[0017]进一步优选的，所述净化后的空气依次经过活性炭板吸附和紫外灯管照射，得到全面净化后的空气。
[0018]本发明的原理是:膜分离技术净化空气的机理是分子筛分和克努森扩散。根据分子筛分机理，分子大小不同的混合物与膜接触后，大分子截留，而小分子则通过孔道，从而实现分离。空气与中空纤维膜接触后，空气中的固体和液体的小颗粒悬浮物被截留，而空气等小分子则可以通过。当膜孔径比气体分子的平均自由程小时，气体分子与孔壁之间的碰撞几率大于分子间的碰撞，其分离原理主要遵循克努森扩散理论。根据克努森扩散理论，气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根成反比，因此空气中的大分子有机污染物因其渗透速度较小实现分离。空气通过膜孔径后在浸没在水中的膜外表面形成很多小气泡，小气泡上升过程与水充分接触，空气中易溶于水的有害物质被去除。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]本发明主要基于膜分离和水洗净化技术，并结合活性炭吸附和紫外线杀菌，实现对封闭空间内空气的全面净化。空气通过中空纤维膜后，悬浮颗粒物和大分子有机污染物被截留分离；空气通过膜孔径后以气泡的形式与水充分接触，空气中能溶于水的污染物被去除；膜组件出口的空气再经过活性炭板，活性炭板能吸附空气中的气体污染物，并能除异味；最后在紫外线灯管的照射下杀死空气中的病毒、细菌等微生物污染物。至此，封闭空间内的空气得到全面的净化。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明空气净化装置的结构示意图；
[0022]图2为中空纤维膜组件的结构示意图；
[0023]图3为图2的横向截面图。
[0024]图中:1、进风口，2、风机，3、中空纤维膜组件，31、中空纤维膜管束，32、膜壳，33、出风口，34、环氧树脂，35、水，4、活性炭板，5、紫外灯管，6、送风口，7、壳体。【具体实施方式】
[0025]如图1所示，一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，包括壳体7、充水的中空纤维膜组件3、活性炭板4和紫外灯管5。
[0026]壳体7底部的一侧设有进风口 1，进风口 I处安装有风机2，风机2将空气引入壳体7内，充水的中空纤维膜组件3与风机2连通，中空纤维膜组件3的顶部带有出风口 33，用于初步净化后空气的排出，壳体7的顶部设有送风口 6，出风口 33和送风口 6之间依次设有活性炭板4、紫外灯管5，活性炭板4用于吸附空气中的污染物并去除空气的异味，紫外灯管的照射能杀死空气中的细菌、病毒等微生物。
[0027]如图2所示，充水的中空纤维膜组件3为本发明的空气净化装置的核心部件，其横向截面图如图3所示。中空纤维膜组件3主要由膜壳32和中空纤维膜管组成。膜壳32主体呈圆筒形，内部装有水，膜壳32顶面的中部设有出风口 33，净化后的空气由出风口 33排出。多根中空纤维膜管组成中空纤维膜管束31，并完全浸没在膜壳32内的水35中，中空纤维膜管束31的一端用环氧树脂34封装在膜壳32内，中空纤维膜管束31的另一端与进风口 I连通，且朝向进风口 I的一端与膜壳32之间也通过环氧树脂34密封，防止漏水。空气从进风口 I处通入中空纤维膜管束31，空气从膜孔径透过膜管后，以气泡形式从水中穿过，然后由出风口 33排出。
[0028]在本实施例中，中空纤维膜管束由多根PVDF中空纤维膜管组成，且膜壳的顶部还设有入水口，底部设有出水口。水通过入水口进入膜壳内，当水中的污染物较多时，将带有污染物的水由出水口排出，实现膜壳内水的更换。
[0029]本发明空气净化装置的工作过程如下:
[0030]具体使用时，启动风机2，空气从进风口 I进入充水的中空纤维膜组件3，分别流入各根中空纤维膜管内，空气中的悬浮颗粒物(包括固体和液体小颗粒)被截留，大分子的有机污染物也由于渗透速率的不同得到分离；而小分子的空气可以通过膜孔径，在膜外表面形成很多小气泡，与中空纤维膜管束31外的水35有很大的接触面积，空气在穿过水层的过程中，空气中能溶于水的污染物被被去除；空气以气泡的形式冒出水面，从中空纤维膜组件3的出风口 33处排出，继续流经位于中空纤维膜组件3上方的活性炭板4，活性炭板4能吸附空气剩余的气体污染物，并去除空气的异味；最后在紫外灯管5的照射下，空气中的细菌、病毒等微生物被杀死，并由壳体7顶部的送风口 6排出，得到全面净化后的空气。
【权利要求】
1.一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，包括带有进风口和送风口的壳体，其特征在于，所述壳体内设有中空纤维膜组件，中空纤维膜组件包括: 膜壳，内部装有水，顶部开有出风口，该出风口与所述送风口连通； 中空纤维膜管束，浸没在所述膜壳内的水中，由多根中空纤维膜管组成，所述中空纤维膜管束的一端密封，另一端穿过膜壳与所述的进风口连通。
2.如权利要求1所述的基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，其特征在于，位于所述壳体内，在所述中空纤维膜组件的出风口和送风口之间依次设有活性炭板和紫外灯管。
3.如权利要求1所述的基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，其特征在于，所述的中空纤维膜管为疏水性中空纤维膜管。
4.如权利要求3所述的基于膜分离技术和水洗净化的空气净化装置，其特征在于，所述的中空纤维膜管为PVDF中空纤维膜管、PTFE中空纤维膜管或PVC中空纤维膜管。
5.一种基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法，其特征在于，空气被引入中空纤维膜管，并透过中空纤维膜管上的膜孔，截留分离空气中的悬浮颗粒物和大分子有机污染物，然后以气泡的形式穿过水层，除去空气中能溶于水的污染物，得到净化后的空气。
6.如权利要求5所述的基于膜分离技术和水洗净化的空气净化方法，其特征在于，所述净化后的空气依次经过活性炭板吸附和紫外灯管照射，得到全面净化后的空气。
【文档编号】B01D50/00GK103591648SQ201310542752
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】邱利民, 石芳芳, 张 林, 赵海洋 申请人:浙江大学