本发明属于大气污染控制和环境工程领域，涉及一种用于去除室外空气细颗粒物及典型气态污染物，如氮氧化物（nox）、挥发性有机物(vocs)和臭氧(o3)的净化模块和净化方法。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，工业化和城镇化水平的不断提高，机动车数量迅猛增加，空气中细颗粒物和典型气态污染物排放量逐年增长，严重危害生态环境和人居生活品质；当前国内外主要通过源控制技术，降低工业生产过程中排放的颗粒物、nox、vocs，由于我国经济体量大，即使工业源排放达到国家标准，释放到环境中的污染物总量依然较大，因此，发展有效的环境空气净化设备和技术手段对整体大气环境污染控制具有重要的现实意义；如中国专利cn104141993a公开了一种包括壳体、过滤系统和太阳能蓄电池的室外空气净化器；cn205481453a公开了一种包括机箱、风机仓的室外空气净化器；但是，以上装置均与固定外形相匹配，不能根据不同场合的需求灵活安装，因此亟需研发一种可根据不同外形装置灵活调整的净化模块，以适应不同场合的需求；
等离子体技术是一种新兴的空气净化技术，与传统净化技术相比，具有副产物少、无放射物产生、作用时间短等优势，具有极大的市场潜力；锰铈复合氧化物具有良好的氧化还原性，可作为低温催化氧化nox、vocs的高效催化材料；中国专利cn101791550a公开了一种等离子体条件下高效催化氧化去除no的方法，该方法是气体经低温等离子体活化后，通过装有催化剂的固定床反应器进行净化，其中催化剂为柠檬酸法制备的氧化锰、锰镧复合氧化物或锰铈复合氧化物等；但是，上述方法是在80-150℃高温条件下催化氧化去除nox，反应能耗高，在常温常压条件下难以有效净化典型空气污染物；
因此，本发明在结合低温等离子体空气净化基础之上，通过改进的氧化-共沉淀法制备锰铈复合氧化物；开发一种外形可根据不同场合灵活调整，除pm2.5等细颗粒物及常温高效催化降解nox、vocs、o3的室外空气净化模块。
技术实现要素：
针对现有环境大气污染控制技术的不足，本发明提供了一种室外空气净化模块，所述模块包括低温等离子体除尘模块与常温催化模块，二者协同作用，不仅能够有效去除空气中的pm2.5等细颗粒物，同时在常温常压条件下可高效去除nox、o3和vocs等典型空气污染物；
本发明还提供一种室外空气净化方法；
本发明的技术方案如下：
一种室外空气净化模块，所述空气净化模块包括低温等离子体除尘模块与常温催化模块，所述低温等离子体除尘模块包括绝缘支架、密封垫及若干放电单元；每个放电单元通过卡槽固定在绝缘支架上，所述密封垫保证低温等离子体除尘模块气密性良好；每个放电单元包括地电极和高压电极，两者同轴放置；所述常温催化模块由蜂窝陶瓷催化单元和轴流风机集成一体；
根据本发明，所述空气净化模块外壳上下分别开一个半径为220mm，高度为52-152mm的弧形门，并在四周加密封圈，确保气密性良好；
根据本发明，所述空气净化模块还包括外壳1、底板和顶板；靠近底板处设置低温等离子体除尘模块，靠近顶板处设置常温催化模块；所述外壳1靠近底板处设置进气口2，进气口处设置粗效滤网3，所述底板包括粗效滤网4，所述顶板设置出气口13；
根据本发明，所述低温等离子体除尘模块中，每个放电单元由外层金属筒、内层绝缘筒支架及金属电晕线三部分组成；外层金属筒为地电极，地电极材料选自不锈钢、铜、铝合金等导电材料；内层绝缘筒用于固定高压电极，内层绝缘筒材料为聚四氟乙烯；高压电极形状可为线状、锯齿形或针状，高压电极材料选自铜、不锈钢、钨、碳纤维等导电材料；若干金属电晕线通过螺丝固定于内层绝缘筒支架上；外层金属筒与高压电源接地端相连接，内部金属线与电源高压端相连接，内部金属线与外层金属筒之间形成放电反应通道；内层绝缘支架为实心结构，以保证气体从放电反应通道流过；根据本发明，所述低温等离子体净化模块外壳设置有提手；
根据本发明，低温等离子体净化模块设为三个档位，放电电压分别为8kv、12kv、16kv；
根据本发明，所述常温催化模块包括圆饼状蜂窝陶瓷催化单元和轴流风机；
根据本发明，所述常温催化模块的制备方法包括以下步骤：
a.将蜂窝陶瓷催化单元与轴流风机集成为一体，常温催化模块内部安装2-8块圆饼状蜂窝陶瓷，圆饼状蜂窝陶瓷的尺寸为直径50-300mm，厚度50-150mm，孔径为1-5mm；
b.在常温催化模块对应空气净化模块外壳处设置一个半径为50-300mm，高度为52-152mm的弧形门；
c.轴流风机安装在常温催化模块顶部，直径为50-300mm，风量为500-3000m3/h，接口处密封；
根据本发明，所述蜂窝陶瓷催化单元包括活性组分锰铈复合氧化物和蜂窝陶瓷载体；所述锰铈复合氧化物的制备方法包括以下步骤：
a）.将可溶性锰盐、可溶性铈盐加入到去离子水中，搅拌至完全溶解，得到混合均匀的溶液，其中mn/ce摩尔比为1/10~10/1；
b）.将氧化剂缓慢加入到步骤a得到的溶液中，室温下搅拌至溶解；
c）.向步骤b所得溶液中缓慢滴加沉淀剂，得到棕褐色沉淀；
d）.过滤、洗涤、干燥、焙烧，制得锰铈复合氧化物材料；
根据本发明，所述步骤a)中，可溶性锰盐选自硝酸锰、硫酸锰、氯化锰，优选50%的硝酸锰溶液；可溶性铈盐选自硝酸铈、硝酸铈铵，优选硝酸铈；
根据本发明，所述步骤b)中，氧化剂为过硫酸盐，包括过硫酸铵、过硫酸钾，其中氧化剂与锰铈总摩尔量的摩尔比为0.5~1.5；
根据本发明，所述步骤c)中，缓慢滴加沉淀剂调节溶液的ph值为9-11，50-90℃恒温搅拌2-6小时；沉淀剂选自氨水（浓度为10-30%）、碳酸钠（0.5-2mol/l）、碳酸氢钠（0.5-2mol/l）、氢氧化钠(0.1-0.5mol/l)；
根据本发明，所述步骤d)中，洗涤样品至中性，干燥温度为60-110℃，干燥12小时，焙烧温度为200-500℃，焙烧3-7小时；
根据本发明，所述蜂窝陶瓷催化单元的制备方法包括以下步骤：
a.将锰铈复合氧化物粉体材料加入去离子水中，搅拌，超声，分散均匀，得到分散液；
b.在步骤a得到的分散液中加入一定量的溶胶，搅拌，超声，分散均匀；
c.将蜂窝陶瓷载体放入步骤b得到的混合液中浸渍；
d.取出浸渍后的蜂窝陶瓷，干燥，制得负载有锰铈复合氧化物的蜂窝陶瓷催化单元；
根据本发明，步骤a中，锰铈复合氧化物粉体材料的粒径大于400目，分散液的浓度为5-100g/l；
根据本发明，步骤b中，溶胶与分散液的体积比为0.01-0.1，所述溶胶为二氧化钛溶胶和二氧化硅溶胶的一种或两种；
根据本发明，步骤c中，所述蜂窝陶瓷载体为堇青石、莫来石、碳化硅、氧化铝、活性炭的一种或多种，蜂窝陶瓷载体使用前，用去离子水和乙醇清洗干净，去除表面的可溶于水的物质和有机物，80℃烘干，浸渍时间为0.5-12小时；
根据本发明，步骤d中，干燥温度为60-120℃，干燥1-24小时；
根据本发明，一种根据所述空气净化模块的空气净化方法，所述净化方法包括以下步骤：
1)环境污染气体进入低温等离子体净化模块；
2)经过低温等离子体净化模块之后的空气进入常温催化模块；
根据本发明，优选的，一种根据所述空气净化模块的空气净化方法，所述净化方法包括以下步骤：
1)环境污染气体经粗效滤网进入低温等离子体净化模块；
2)经过低温等离子体净化模块之后的空气进入常温催化模块，在蜂窝陶瓷催化单元发生常温催化反应后，干净空气通过轴流风机由出气口排出；
本发明所述的低温等离子体除尘模块不仅可以去除颗粒物，同时具备一定的气态污染物降解功能；当外界空气由风机吸入低温等离子体放电区域时，主要发生以下反应：（1）低温等离子体场内产生的高能电子使颗粒物荷电，在电场作用下聚集，实现集尘作用；（2）低温等离子体场内产生的大量活性物种（·oh、·o等）与甲苯等典型气态污染物发生一系列氧化还原反应，将气态污染物分解为无毒无害的成分；
本发明所述的常温催化模块在室温下高效、快速地降解大气中nox、o3、vocs等典型气态污染物；蜂窝陶瓷催化单元中的锰铈复合氧化物采用氧化-共沉淀法制备，该方法制备工艺简单、易放大生产，且催化反应产生的毒副产物选择性低；所述蜂窝陶瓷载体具有大量平行均一孔道，风阻低，比表面积大，有利于污染性气体在孔道内部与锰铈复合氧化物充分接触，提高反应效率；且蜂窝陶瓷机械强度大，不易磨损，又便于加工成不同尺寸，适用性广；蜂窝陶瓷催化单元成本低廉，不会产生二次污染物，适合大规模生产制备；
本发明的有益效果为：
1.本发明首先利用低温等离子体除尘模块过滤pm2.5等细颗粒物，在除尘模块之后增加常温催化模块，进一步消除空气中的低浓度典型气态污染物，此工艺避免了细颗粒物堵塞催化剂活性位点，减少了大颗粒物与催化剂的摩擦，从而提高催化剂使用寿命；且本发明的空气净化模块可在常温常压下高效去除空气中典型气态污染物；
2.本发明的除尘模块采用低温等离子体技术，可有效去除大气中细颗粒物，装置可定期拆卸清洗，维护方便，无需更换，成本低；
3.本发明的催化材料采用一种改良的氧化-共沉淀技术制备，该材料能同时去除nox、vocs、o3三类污染气体，有效净化环境空气；将催化材料与蜂窝陶瓷载体粘结成型，工艺简单可行，易于规模化推广；
4.本发明的空气净化装置可以根据不同场合的需求，结合景观灯、广告牌、垃圾桶等不同应用载体灵活安装。
附图说明
图1为不同锰铈摩尔比的锰铈复合氧化物及ceo2（jcpdsno.34-0394）的xrd谱图
图2为锰铈复合氧化物（摩尔比mn:ce=5:1）sem图
图3为空气净化装置整体示意图
图4为催化模块内部结构示意图
图5为空气净化装置外观示意图
图6为放电单元结构示意图
其中，附图标记对应的名称如下：
1、外壳，2、进气口，3、粗效滤网i，4、粗效滤网ii，5、低温等离子体除尘模块，6、放电单元，6-1、螺丝，6-2、金属电晕线，6-3、金属筒，6-4、内层绝缘支架，7、绝缘支架，8、卡扣，9、提手，10、常温催化模块，11、卡扣，12、轴流风机，13、出气口，14、凹槽。
具体实施方式
本发明所述的空气净化模块包括外壳1，低温等离子体除尘模块5和常温催化模块10，低温等离子体除尘模块5包括绝缘支架7、密封垫及若干放电单元6；每个放电单元6通过卡槽固定在绝缘支架上7，密封垫防止所述低温等离子体除尘模块漏气；每个放电单元包括地电极和高压电极，两者同轴放置；低温等离子体净化模块外壳设置有提手；常温催化模块10由蜂窝陶瓷催化单元和轴流风机12集成于一体，蜂窝陶瓷催化单元模块数根据具体需要进行选择安装；所述常温催化模块内安装蜂窝陶瓷催化单元对应净化模块单元外壳处开一个半径为50-300mm，高度为52-152mm的弧形门，并在四周加密封圈；空气净化模块还包括底板和顶板；靠近底板处设置低温等离子体除尘模块5，靠近顶板处设置常温催化模块10；外壳1上靠近底板处设置进气口2，进气口处设置粗效滤网3，底板包括粗效滤网4，顶板设置出气口13；弹簧卡扣8的固定座与常温催化模块10衔接，将常温催化模块筒与低温等离子体模块筒通过弹簧搭扣紧密固定连接为一体；凹槽14与常温催化模块筒内壁焊接为一体，起到支撑常温催化模块10的作用；
本装置的工作原理如下：
打开轴流风机，污染物经过进气口2的粗效滤网3和粗效滤网4初步过滤，去除粗颗粒，之后经过低温等离子体净化模块5高效去除环境空气中pm2.5等细颗粒物，当空气进入低温等离子体放电区域时，主要发生以下反应：（1）低温等离子体场内产生的高能电子使颗粒物荷电，在电场作用下聚集，实现集尘作用；（2）低温等离子体场内产生的大量活性物种（·oh、·o等）与甲苯等气态污染物发生一系列氧化还原反应，使气态污染物分解为二氧化碳和水；经过滤除尘之后的污染性气体进入常温催化模块10，在蜂窝陶瓷催化单元的作用下，空气中的nox、o3、vocs等气态污染物被彻底催化降解，净化后的空气通过出气口13排出；
实施例1：
蜂窝陶瓷催化单元的制备方法如下：
1）粉体催化剂制备步骤：
以50%的硝酸锰溶液、六水合硝酸铈为原料，过硫酸铵为氧化剂，氨水为沉淀剂，按照上述制备方法制备锰铈摩尔比为1:5的锰铈复合氧化物粉体，具体步骤：
a.将0.62ml50%mn(no3)2溶液和5.79gce(no3)3•6h2o加入到20ml去离子水中，室温搅拌溶解；
b.缓慢加入3.65g(nh4)2s2o8至步骤a所得溶液中，搅拌溶解后用25%nh3•h2o缓慢调节ph值到10，60℃搅拌2小时，将所得沉淀过滤、洗涤，70℃干燥12小时，
c.在马弗炉中300℃焙烧6小时,即得到锰铈摩尔比为1:5的锰铈复合氧化物粉体；
2）催化剂成型制备步骤：
a.将摩尔比为1:5的锰铈氧化物粉体研磨，过400目筛网，称取10g，加入1l去离子水中，搅拌30min，超声10min，使其分散均匀，得到锰铈氧化物粉体混合液；
b.量取50ml二氧化硅溶胶，加入上述锰铈氧化物粉体混合液，搅拌30min，超声10min，得到锰铈氧化物粉体与二氧化硅混合液；
c.将氧化铝蜂窝陶瓷用去离子水和乙醇清洗干净，80℃烘干，将前处理后的氧化铝蜂窝陶瓷浸渍于上述锰铈氧化物粉体与二氧化硅混合液中，浸渍30min，取出浸渍后的氧化铝蜂窝陶瓷80℃烘干，重复浸渍-烘干3次，得到负载锰铈氧化物粉体的氧化铝蜂窝陶瓷；
实施例2
按照实施例1的方法制备蜂窝陶瓷催化剂，不同之处在于，锰铈摩尔比为1:1；
实施例3
按照实施例1的方法制备蜂窝陶瓷催化剂，不同之处在于，锰铈摩尔比为5:1；
由图1可以看出此发明方法合成的ceo2催化材料为立方相结构，合成的mnox为无定型结构；合成的锰铈复合氧化物，随着mn/ce摩尔比的增加，该氧化物的结晶性减弱，且当锰铈摩尔比为5:1时，开始出现无定型结构的锰铈复合氧化物；
由图2可看出该发明方法合成的锰铈复合氧化物具有较好的形貌，呈现出由薄层纳米片自组装而成的花球状，此种特定微观形貌使得该材料具有较大的比表面积，有利于污染物的吸附和去除；
对比例：
按照实施例1的方法制备蜂窝陶瓷催化剂，不同之处在于，锰铈复合氧化物采用柠檬酸法制备，且锰铈摩尔比为5:1；
a.将3.10ml50%mn(no3)2溶液、1.16gce(no3)3•6h2o和3.36g一水柠檬酸加入到20ml去离子水中，在80℃搅拌形成黄色溶胶；
b.将所得溶胶在100℃干燥12h，然后在马弗炉中300℃焙烧6h,即得到锰铈摩尔比为5:1的复合氧化物粉体；
应用例
所述空气净化装置模块由下方高35-50cm低温等离子体除尘模块，上方高45-60cm常温催化模块组成，装置整体为直径35cm圆桶；其中低温等离子体除尘模块包括绝缘支架及8kv、12kv、16kv不同档位放电单元；每个放电单元包括地电极和高压电极，两者同轴放置通过卡槽固定在绝缘支架上；低温等离子体除尘模块和常温催化模块中间通过弹簧卡扣密封链接；常温催化模块包括2-8块直径50-300mm，厚度50-150mm，孔径为1-5mm的圆饼状蜂窝陶瓷催化单元，以及风量为500-1500m3/h轴流风机集成于一体，污染物通过低温等离子体除尘模块滤尘之后，利用常温催化模块净化一氧化氮（no）、甲苯、o3等污染性气体，最后干净气流通过顶部风机排出；
在常温常压条件下，使用no、甲苯、o3混合气体在安装了实施例1-3和对比例蜂窝陶瓷催化单元的上述空气净化模块分别进行性能测试；混合气中no浓度为500ppb，甲苯浓度为200ppb，o3浓度为500ppb，风机的风量为1000m3/h，低温等离子体放电电压为12kv，测试所述空气净化模块除尘及降解污染性气体的整体能力；实验结果如表1所示；
表1典型空气污染物去除率
由表1可以看出，本发明的室外空气净化模块不仅能够有效去除空气中的pm2.5等细颗粒物，同时在常温常压条件下可高效去除nox、o3和vocs等典型空气污染物；并且，本发明通过改进的氧化-共沉淀法制备锰铈复合氧化物催化剂相对于现有的柠檬发制备的锰铈复合氧化物催化剂具有更优的出去nox、o3和vocs等典型空气污染物的效果；
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。