一种去除室内VOCs的空气净化器的制作方法

本实用新型涉及空气净化技术领域，特别涉及一种真空紫外光催化空气净化器。

背景技术：

近年来，环境污染的控制与治理是人类社会面临和亟待解决的重大课题，人们对环保的认识已由室外延伸到了室内。从汽油、建筑材料、家具、香烟、电器等释放到室内的挥发性有机化学物质(VOCs)多达三百多种，其中包括甲醛、苯系物、氨、二氯(三氯)乙烯、一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等高危险、高毒害气体。这些化学物质会引发人类和动物身体机能的功能异常，长期吸入甚至可以引起白血病、癌症等疾病。面对室内空气污染的严峻形势，人们迫切需要寻求一种经济有效且环境友好的处理方法。

室内空气的净化方式分为自然净化法和强制净化法。自然净化就是通过自然通风，开窗通风换气或安装排风扇，用新鲜空气置换室内被污染的空气，适合污染物较轻的场合，同时自然净化的效果取决于室外环境的清洁程度。强制净化则是采用一定的技术或技术产品使室内空气的质量好转，特别适用于居室和办公场所等具有密封性且污染物很难向室外扩散的情况。

强制净化又可分为回收法和分解法两种方式。回收法是室内空气的传统处理方法，通常利用物理或化学方法将空气污染物进行收集，例如机械过滤式、吸附式、静电式、负氧离子空气净化器等。该类方法对于固体颗粒污染物的去除效果较好，缺点是对于气态污染物特别是VOCs的去除效果较差。对于吸附式净化装置，随着时间的推移，吸附材料将达到饱和，当温度、风速升高到一定程度的时候，所吸附的污染物就有可能游离出来，再次进入室内空气之中，因此需要定时更新。

分解法是通过化学反应将气态污染物降解，最终变为对人体无害的物质，例如光催化空气净化器、臭氧空气净化器和生物法空气净化器，其中光催化技术作为一种新型氧化技术日益受到国内外学者的关注。2003年有研究者考察了纳米TiO₂涂料的光催化性能以及市面上销售的几种光催化空气净化器的性能(暖通空调2002,32，23-25；北京工业大学学报2005，31，58-62)，发现TiO₂颗粒对二氧化氮、二氧化硫及甲醛等室内空气污染物均有较好的降解效果并列举了几种光催化空气净化器所存在的一些技术问题，如纳米材料负载的不够牢固或几乎没有起到作用等，其研究为今后光催化空气净化器的研制开发提供了基础。2007年，研究者将WO₃改性的P25负载于蜂窝铝(Indoor Air 2007，17，305–316)，在UVC(254nm)光下光催化降解低浓度VOCs取得良好的降解效果，但能耗过高成本高。2013年有报道将TiO₂负载在碳织物纤维上(Journal of Hazardous Materials 2013，261，130–138)，在真空紫外光下光催化净化室内空气，能耗较低降解效率较高，但是该方式存在不能有效去除产生的过多臭氧而形成污染。2014年，研究者将Pd负载于TiO₂薄膜上，在室温下真空紫外光催化降解甲苯和臭氧获得了很好的去除效果(Chemical Engineering Journal 2014，252，337–345)，但是该方法引入贵金属Pd，提高制备成本不便于实际应用。

综上所述，室内空气净化器还是一个新旧技术并存的领域也是一个很有发展前途的领域。如今，各种室内空气净化器层出不穷，但就净化效果来说都不是很理想。必须综合各种净化原理的优点，完善其性能，设计出综合性较强的多重净化作用的室内空气净化器，才能彻底提高室内空气品质。

利用二氧化钛作为光催化剂，在真空紫外光下催化降解VOCs，包括难降解物质和其他方法难以除去的痕量污染物，最终生成CO₂和H₂O。虽然存在催化剂失活、催化剂难以固定、浓度降低降解效率也随之下降、产生多余臭氧等缺点，但总体上该技术有望成为净化室内空气中VOCs的有效手段。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提出一种去除室内VOCs的空气净化器，本实用新型可以在室温下持续、快速地降解室内空气中的VOCs，同时净化二次污染物和多余的臭氧，且结构简单，制造方便，可为室内人员提供更健康的生活环境，对于光催化空气净化器的发展具有重要意义。

一种去除室内VOCs的空气净化器，其特征在于，所述净化器包括底壳、光催化降解单元、臭氧分解净化单元、风扇、顶壳、外壳体；

所述底壳具有筛孔用于空气流入和过滤大颗粒杂物，底壳下安装有支脚；

所述光催化降解单元包括VUV灯、VUV灯底座、支架、钛片、固定板、VUV灯电路控制装置；VUV灯固定在VUV灯底座上，VUV灯至少一根，支架上装有钛片，钛片通过固定板固定在支架上，固定板对其内部件实现四周密封，在固定板外侧一边有VUV灯电路控制装置，电路控制装置包括灯镇流器、镇流器固定板、接线端子，镇流器固定安装在镇流器固定板上，接线端子与电源开关相连；

所述臭氧分解净化单元包括除臭氧装置舱和放置在其内的除臭氧装置，臭氧分解净化单元上方设有密封板并开有专门出风口，风扇固嵌在出风口处，风扇与出风口尺寸相适应；

所述顶壳上有出风口、电源开关、温度控制面板、风速控制开关、时间控制开关，电源开关分别与风扇、加热棒、VUV灯电源相连，风速控制开关与风扇控制器相连，时间控制开关与加热棒控制器相连；

外壳体与底壳、顶壳组合将净化器部件封装在里面。

所述底壳和光催化降解单元之间还设有风扇，用于控制净化更多污染的空气。

所述支架、固定板为钢制的支架和固定板。

所述固定板外侧与VUV灯电路控制装置的对应面装有配重板。

所述VUV灯为4－9个，分别在支架分隔成的4－9格内固接在VUV灯底座上，在支架上布置有钛片与VUV灯相邻。

所述钛片上负载有二氧化钛，贵金属、阳离子或阴离子改性的二氧化钛以及ZnO、WO₃、Ga₂O₃、In₂O₃及其改性光催化剂的至少一种。

所述除臭氧装置包括由过滤网、颗粒滤料形成的过滤层和/或是负载锰氧化物的铝片原位再生装置。

所述过滤层中的颗粒滤料为椰壳活性炭、浸渍碘化钾的煤质活性炭、活性炭纤维、蜂窝活性炭或者沸石中的一种或几种。

所述负载锰氧化物的铝片原位再生装置是铝片上负载的锰氧化物为去除臭氧的催化剂，铝片至少一片，在铝片层间穿插加热棒或在铝片上设有孔，加热棒穿插在孔中。

一种负载锰氧化物的铝片制备方法如下：

(1)将铝片进行脱脂处理，至表面完全润水；

(2)将高锰酸盐溶于水中，搅拌使其充分溶解后加入辅助剂氨水或尿素，搅拌至均匀混合；

(3)将步骤(1)处理所得的铝片投入至步骤(2)的混合溶液中再置于恒温水浴加热；

(4)将步骤(3)完成后的铝片取出，洗涤并干燥；

(5)用催化剂、水基粘合剂、水的重量比例为1-10:1-5:1-10配制催化剂浆料；

(6)将步骤(4)得到的铝片浸入步骤(5)的浆料中，至铝基上或铝片上均匀的挂浆，在室温-105℃干燥15分钟；

(7)重复步骤(6)3-5次后，完全干燥得到负载锰氧化物的铝片；

所述混合溶液中高锰酸盐的浓度为0.1-60g/L，氨水或尿素的浓度为1.0-40g/L。

所述铝基的表面积与高锰酸盐的浓度比为0.2-28cm²:0.1-60g/L。

所述催化剂的颗粒大于100目、为水钠锰矿型二氧化锰催化剂；所述催化剂浆料的pH值为5-9。

所述步骤(1)中的脱脂处理采用清洗剂将铝片表面的油脂进行清洗，再用清水洗涤；所述清洗剂是酸性、碱性或有机溶剂的脱脂剂。

所述步骤(2)中的高锰酸盐为水溶性高锰酸盐，为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸胺中的一种或它们的任意比组合。

所述步骤(3)的恒温水浴加热温度为室温-95℃，时间是0.5-12小时。

所述步骤(4)的干燥温度为室温-350℃。

所述步骤(5)中浆料的固含量为5-50％。

所述步骤(7)的干燥为负载锰氧化物的铝片放入烘箱中加工至完全干燥。

本实用新型的优点主要体现在：

(1)二氧化钛薄膜材料催化剂和铝片负载的锰氧化物均制备工艺简单、成本低，易于大规模生产。

(2)充分发挥了真空紫外光催化的能耗低、降解率高的优势，对污染的气体进行充分的降解。

(3)结合臭氧催化分解技术对其产生的二次污染物和多余的臭氧进行深度净化。

(4)铝片负载的锰氧化物可通过加热单元原位再生恢复除臭氧活性，同时光催化单元及臭氧过滤层均可进行替换，从而降低了所述净化器的维护成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1内部结构立体示意图。

图2为本实用新型顶壳、底壳示意图，其中，图2a顶壳结构示意图，图2b为底壳结构示意图。

图3为本实用新型臭氧净化单元的示意图，其中，图3a为除臭氧装置舱、活性炭层、负载锰氧化物的铝片原位再生装置示意图，图3b为加热棒穿插在负载锰氧化物的铝片孔中示意图。

图4为本实用新型光催化降解单元安装4或9个真空紫外灯示意图。

图5本实用新型实施例2内部结构立体示意图。

图6为本实用新型外观示意图。

图中：(1)前壳体(2)配重板(3)固定板(4)钛片(5)支架(6)除臭氧装置舱(7)加热棒(8)铝负载片(9)风扇支架(10)风速控制开关(11)时间控制开关(12)温度控制面板(13)电源开关(14)顶壳(15)风扇(16)过滤层(17)后壳体(18)灯镇流器(19)镇流器固定板(20)接线端子(21)VUV灯(22)VUV灯底座(23)底壳(24)铝负载片孔(25)出风口

具体实施例

实施例1

本实用新型的一种去除室内VOCs的空气净化器，如图1所示，该净化器包括底壳23、光催化降解单元、臭氧分解净化单元、风扇15、顶壳14、外壳体(外壳体由前壳体1和后壳体17组成)；

底壳23具有筛孔用于空气流入和过滤大颗粒杂物，底壳下安装有支脚使净化器和放置面留有空间。

光催化降解单元用于进行光催化反应，产生臭氧对污染物VOCs进行催化降解，光催化降解单元包括：固定在VUV灯底座22上的VUV灯21，VUV灯为一根，本实施例采用的真空紫外光灯是ZW10D15Y-Z212，可发射波长为185nm的紫外光，产生臭氧。一钢制支架5用于支撑钛片4，钛片4通过固定板3直接卡固在支架5上，或者通过螺钉将固定板3和钛片4固定在支架5上，本实施例采用的是卡固形式(固定板与支架内框的尺寸相对应)VUV灯底座22、VUV灯21、钢制支架5、钛片4通过固定板四周密封与VUV灯电路控制装置实现物理隔离。在固定板的外侧一边安装有VUV(真空紫外线)灯电路控制装置，电路控制装置包括固定在镇流器固定板19上的灯镇流器18、接线端子20，接线端子与电源开关相连，本实施例采用的是市售灯镇流器、接线端子，型号分别是BS-ZSZ101E、JHT4502。钛片4上负载有催化剂，所负载的催化剂为二氧化钛，贵金属、阳离子或阴离子改性的二氧化钛以及ZnO、WO₃、Ga₂O₃、In₂O₃及其改性光催化剂的至少一种，钛片4与真空紫外灯21相邻，本实施例采用的是负载有表面多孔二氧化钛薄膜的钛片4。

臭氧分解净化单元用于分解光催化降解单元产出的臭氧，臭氧分解净化单元有一除臭氧装置舱6，本实施例除臭氧装置舱6采用的聚四氟乙烯材料，除臭氧装置放置在舱内，如图3所示。臭氧分解净化单元上方安装有风扇支架并开有出风口，风扇15尺寸与出风口尺寸相适应，风扇15固嵌在出风口，以保障输送出是净化后的空气，风扇可通过风速控制开关10调节风量。本实施例采用的风扇为市售，型号A2V13C38TBT-1。

除臭氧装置可以单独的是由过滤网、颗粒滤料形成的过滤层16，或者是负载锰氧化物的铝片原位再生装置，也可以是过滤层和负载锰氧化物的铝片原位再生装置的结合，如图3所示。

本实用新型除臭氧装置的一种形式为过滤层16，过滤层中的颗粒滤料可以为椰壳活性炭、浸渍碘化钾的煤质活性炭、活性炭纤维、蜂窝活性炭或者沸石中的一种或几种，本实施例采用的是浸渍碘化钾的煤质活性炭。

本实用新型除臭氧装置的另一种形式为负载锰氧化物的铝负载片8，铝负载片上负载的锰氧化物为去除臭氧的催化剂，铝负载片至少一片，在铝负载片上、下或层间安装有加热棒或在铝负载片上设有孔，在孔中穿插加热棒7，加热棒7穿插布置在铝负载片层间或孔中，加热棒在层间的图中未示出，加热棒布置在孔中的结构如图3b所示。铝负载片上负载的锰氧化物通过加热棒实现在25-80℃下0.5-2小时原位再生恢复催化活性。本实施除臭氧装置采用的负载锰氧化物的铝片原位再生装置，形式为加热棒穿插布置在铝负载片孔中。

顶壳14上设有出风口、电源开关13、温度控制面板12、风速控制开关10，本实施例采用的型号是TG250、时间控制开关11，本实施例采用的型号是DKJ-Y120K，控制加热棒的加热定时时间，电源开关分别与风扇、加热棒、VUV灯电源相连，风速控制开关与风扇控制器相连，时间控制开关与加热棒温度控制器相连。

底壳、顶壳分别扣合在外壳体的下、上开口，将净化器部件封装在里面。

实施例2

在实施例1的空气净化器基础上，在底壳和光催化降解单元之间还可安装有一风扇，如图5所示，可以控制吸入更多需要净化的空气。

实施例1和2中的VUV灯数还可以为4或9个，能够达到更好的光催化降解VOCs效果，如图4所示。将VUV灯底座23用钢制支架分隔成4或9格，在对应格内安装VUV灯，在支架5上安装有钛片4，钛片与真空紫外灯相邻，钛片4通过中空的固定架和螺钉固定在支架5上。

还可以在固定板外侧与VUV灯电路控制装置相对面安装有配重板，配重板的重量与VUV灯电路控制装置相匹配，用于保持平衡使净化器更加稳固。

本实用新型的铝负载片8的制备方法如下：

(1)将铝片进行脱脂处理，至表面完全润水；

(2)将高锰酸盐溶于水中，搅拌使其充分溶解后加入辅助剂氨水或尿素，搅拌至均匀混合；

(3)将步骤(1)处理所得的铝片投入至步骤(2)的混合溶液中再置于恒温水浴加热；

(4)将步骤(3)完成后的铝片取出，洗涤并干燥；

(5)用催化剂、水基粘合剂、水的重量比例为1-10:1-5:1-10配制催化剂浆料；

(6)将步骤(4)得到的铝片浸入步骤(5)的浆料中，至铝基上或铝片上均匀的挂浆，在室温-105℃干燥15分钟；

(7)重复步骤(6)3-5次后，完全干燥得到负载锰氧化物的铝片；

所述混合溶液中高锰酸盐的浓度为0.1-60g/L，氨水或尿素的浓度为1.0-40g/L。

所述铝基的表面积与高锰酸盐的浓度比为0.2-28cm²:0.1-60g/L。

所述催化剂的颗粒大于100目、为水钠锰矿型二氧化锰催化剂；所述催化剂浆料的pH值为5-9。

所述步骤(1)中的脱脂处理采用清洗剂将铝片表面的油脂进行清洗，再用清水洗涤；所述清洗剂是酸性、碱性或有机溶剂的脱脂剂。

所述步骤(2)中的高锰酸盐为水溶性高锰酸盐，为高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸胺中的一种或它们的任意比组合。

所述步骤(3)的恒温水浴加热温度为室温-95℃，时间是0.5-12小时。

所述步骤(4)的干燥温度为室温-350℃。

所述步骤(5)中浆料的固含量为5-50％。

所述步骤(7)的干燥为负载锰氧化物的铝片放入烘箱中加工至完全干燥。

具体例1：

称取6g高锰酸钾，将其加入100mL纯水中，超声至完全溶解。随后加入4mL氨水溶液，搅拌混匀。将质量为20g的铝片经脱脂、碱洗去除表面的油脂和氧化层，用纯水清洗至表面完全湿润，然后投入上述的高锰酸钾-氨水混合液中。将此溶液置于恒温水浴40℃下反应2h。取出铝片，在60℃下烘干，得到预处理后的铝片。

称取29.44g乙酸锰和24.24g硝酸铁，加入400mL的水，超声至乙酸锰和硝酸铁完全溶解。称取12.64g高锰酸钾和2.0g CTAB，加入400mL的水，将所得的溶液不断搅拌,并向其中逐滴滴加乙酸锰和硝酸铁的混合溶液。将完全混合的溶液放置于反应釜中140℃反应2小时。将生成的锰氧化物离心、洗涤并置于105℃烘箱干燥，即得到二氧化锰催化剂。研磨，取大于100目的粉体，备用。

称取20g二氧化锰粉体催化剂，加入10g丙烯酸粘合剂，50g去离子水，混合，得到固含量约为25％的浆料，调节浆料pH为8，然后除去浆料表面的泡沫。

将预处理后的铝片浸入上述浆料中，搅拌，至铝片上均匀的挂浆，然后取出在100℃下干燥15分钟，重复3次。在100℃下完全干燥4小时后，得到铝片负载的锰氧化物催化剂的净化材料。

具体例2：

称取6g高锰酸钾，将其加入100mL纯水中，超声至完全溶解。随后加入1g尿素，搅拌混匀。将质量为20g的铝片经脱脂、碱洗去除表面的油脂和氧化层，用纯水清洗至表面完全湿润，后投入上述的高锰酸钾-尿素混合液中。将此溶液置于恒温水浴80℃下反应3h。取出铝片，在105℃下烘干，得到预处理后的铝片。

称取29.44g乙酸锰和12.12g硝酸铁，加入400mL的水，超声至乙酸锰和硝酸铁完全溶解。称取12.64g高锰酸钾和2.0g CTAB，加入400mL的水，将所得的溶液不断搅拌,并向其中逐滴滴加乙酸锰和硝酸铁的混合溶液。将完全混合的溶液放置于反应釜中100℃反应2小时。将生成的锰氧化物离心、洗涤并置于105℃烘箱干燥，即得到二氧化锰催化剂。研磨，取大于100目的粉体，备用。

称取25g二氧化锰粉体催化剂，加入10g聚氨酯粘合剂和20g去离子水，混合，得到固含量约为45.5％的浆料，调节浆料pH为7。

将预处理后的铝片浸入上述浆料中，搅拌，至铝片上均匀的挂浆，然后取出在100℃下干燥15分钟，重复5次。在100℃下完全干燥4小时后，得到铝片负载的锰氧化物催化剂的净化材料。

本实用新型的空气净化器，初效过滤单元设置在低端，过滤被污染的空气(底壳，过滤大颗粒物体)；与初效过滤单元相邻的是光催化降解单元，可产生臭氧并进行光催化反应，对空气中的VOCs进行催化降解；之后是臭氧分解单元，用以净化多余的臭氧和二次污染物，再通过设置在顶端的轴流风机释放被净化的空气。