纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，包括光催化反应系统、气体采集循环系统和恒温水循环系统；光催化反应系统包括，光催化反应器箱体、辐照光源和电源线。本实用新型纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置能够测定具有光催化活性的纺织材料，在紫外线或可见光辐照下降解甲醛等有害气体的反应装置，解决目前不能有效评价纺织材料光催化降解甲醛等有害气体效能的问题。
【专利说明】纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光化学【技术领域】，涉及一种纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，具体涉及一种测定纺织材料在紫外线或可见光辐照条件下光催化降解甲醛等有害气体反应的装置。
【背景技术】
[0002]据统计人们80%以上的时间是在居室内度过的，而每年全球有280万人直接或间接地死于室内装修污染，全球约4%的疾病都与室内空气污染有关。研究表明，甲醛作为一种具有较高毒性的物质，具有强烈的致癌和致畸作用，为室内空气污染物的主要来源之一。1995年甲醛就被国际癌症研究机构确定为疑致癌物。室内装饰织物，比如地毯、贴墙布、挂帷、床上用品、家具面套和桌布等，在生产过程中如果使用了含有甲醛的原料和助剂，使得最终产品也会缓慢释放出甲醛气体，从而对人们身体造成危害。为此，人们研发出了能够光催化降解甲醛等有害气体的纺织材料，其中负载纳米二氧化钛、氧化锌的纤维和织物就属于这类功能性材料。纳米二氧化钛、氧化锌主要是作为光催化剂使用，它们能够光催化氧化水体中或空气中的绝大多数有机污染物，对染料、表面活性剂、农药以及各种难生物降解的有毒有机污染物也可以有效降解，降解的最终产物为水、二氧化碳和无害的离子等小分子物质。目前，我国虽然已经制定出了纺织品中甲醛含量的限定标准和测试方法，对公共场所空气中甲醛、氨等气体也制定了相应的测定标准，但是还没有能够有效评判纺织材料光催化降解甲醛等有害气体能力的反应装置，测试方法、指标等也不尽统一。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，能够测定具有光催化活性的纺织材料，在紫外线或可见光辐照下降解甲醛等有害气体的情况，解决目前不能有效评价纺织材料光催化降解甲醛等有害气体效能的问题。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，包括光催化反应系统、气体采集循环系统和恒温水循环系统；光催化反应系统包括，光催化反应器箱体、辐照光源和电源线。
[0005]本实用新型的特点还在于，
[0006]其中，光催化反应器箱体由内层箱体和外层箱体构成，内层箱体内部设置有辐照光源，辐照光源通过电源线与稳压器连接，光催化反应器箱体的正面设置有密封门，密封门周围设置有密封条；光催化反应器箱体的顶部开有进气口和出气口，进气口和出气口位于光催化反应器箱体顶面的对角线的两端，内层箱体内设置有与出气口连接的延长管；光催化反应器箱体的外层箱体的一个侧面上靠近光催化反应器箱体底部的位置设置有进水口，另一个侧面上靠近光催化反应器箱体顶部的位置设置有出水口。
[0007]气体采集循环系统包括转子流量计、微型真空泵和气泡吸收管，转子流量计与微型真空泵和气泡吸收管依次通过出气管道连接，出气管道通入光催化反应器箱体上的进气口，转子流量计通过进气管道与出气口连接；出气管道靠近进气口的位置设置有第二阀门；微型真空泵的一端与气体注入箱相连，气体注入箱的另一端连接进气管道上。
[0008]恒温水循环系统由低温恒温槽、出水管和进水管构成，低温恒温槽的出水管与进水口连接，低温恒温槽的进水管与出水口连接，出水管上面设置有第一阀门。
[0009]本实用新型的有益效果是，本实用新型基于气相光催化装置所涉及到的问题，如反应动力学，质量传递与混合，流动方式，反应物与纺织材料的接触，温度控制，以及光辐照等，设计了光源的位置，光催化纺织材料的固定方式，待处理污染物进入光催化装置的方式，兼顾到简化设备结构，操作方便和提高效率，因此能够准确、快速、高效地检测纺织材料在紫外线或可见光辐照下，光催化降解甲醛或氨等有害气体的效果和能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置的结构示意图。
[0011]图中，1.辐照光源，2.密封门，3.进气口，4.出气口，5.进水口，6.出水口，7.第一阀门，8.低温恒温槽，9.转子流量计，10.微型真空泵，11.气泡吸收管，12.稳压器，13.气体注入箱，14.内层箱体，15.外层箱体，16.光催化反应器箱体，17.第二阀门，18.出水管，19.进水管，20.电源线，21.出气管道，22.进气管道，23.延长管。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0013]本实用新型纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，如图1所示，包括光催化反应系统、气体采集循环系统和恒温水循环系统；光催化反应系统包括，光催化反应器箱体16、辐照光源I和电源线20。
[0014]其中，光催化反应器箱体16由内层箱体14和外层箱体15构成，内层箱体14内部设置有辐照光源1，辐照光源I通过电源线20与稳压器12连接，光催化反应器箱体16的正面设置有密封门2，密封门2周围设置有密封条；
[0015]光催化反应器箱体16的顶部开有进气口 3和出气口 4，进气口 3和出气口 4位于光催化反应器箱体16顶面的对角线的两端，内层箱体15内设置有与出气口 4连接的延长管23 ；
[0016]光催化反应器箱体16的外层箱体15的一个侧面上靠近光催化反应器箱体16底部的位置设置有进水口 5，另一个侧面上靠近光催化反应器箱体16顶部的位置设置有出水Π 6。
[0017]其中，气体采集循环系统包括转子流量计9、微型真空泵10和气泡吸收管11，转子流量计9与微型真空泵10和气泡吸收管11依次通过出气管道21连接，出气管道21通入光催化反应器箱体16上的进气口 3，转子流量计9通过进气管道22与出气口 4连接；出气管道21靠近进气口 4的位置设置有第二阀门17 ；
[0018]微型真空泵10的一端与气体注入箱13相连，气体注入箱13的另一端连接进气管道22上。
[0019]其中，恒温水循环系统由低温恒温槽8、出水管18和进水管19构成，低温恒温槽8的出水管18与进水口 5连接，低温恒温槽8的进水管19与出水口 6连接，出水管18上面设置有第一阀门7。
[0020]本实用新型纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，光催化反应器箱体16由内外两层不锈钢正方体构成，其中，内层箱体14边长为50cm，其外表面焊接有不锈钢加强筋，用来保护内层箱体在水压作用下不产生压缩变形；外层箱体15的边长为60cm，内层箱体和外层箱体的六个面的之间的距离均为5cm，光催化反应器箱体16的正面中心部位开有一个尺寸为30cmX30cm的密封门2，密封门2的四周用不锈钢板将内、外两层箱体焊接在一起，使得内层箱体14和外层箱体15之间形成一个密封的空腔，保证外层不锈钢箱体在受水压作用不产生膨胀变形。
[0021]在密封门2的边缘贴有密封条，以保证密封门关闭之后，箱体内部的测试气体不会发生外泄，打开密封门可以对箱体内部光源进行更换，调节光源高度，放置待测试纺织材料，检测以及清洁等工作。
[0022]光催化反应器箱体16内设置有辐照光源1，辐照光源I可以选用紫外线UVA、UVB、UVC和可见光4种不同波段的光源，其中UVA波段选用主波长为254nm紫外线灯，UVB波段选用主波长为297nm紫外线灯，UVC波段选用主波长为365nm紫外线灯，可见光波段选用模拟日光的金属卤化物灯。根据光辐照环境的不同，可以选用不同功率大小的紫外线和可见光灯。
[0023]光催化反应器箱体16的顶面中心位置开有一个直径为Icm的小孔，电源线20通过该小孔引入至内层箱体，将箱体内部设置的辐照光源I与箱体外部的稳压器12连接在一起，并且该小孔与电源线之间采用密封帽进行密封，以保证箱体内部的气体不会外泄。其中，光源稳压器12的作用是保证紫外线灯或可见光灯电压稳定，延长光源使用寿命。
[0024]光催化反应器箱体16顶面上设置有一个进气口和一个出气口，对沿着正方形对角线的方向靠近箱体边缘部位设置有进气口 3和出气口 4，进气口 3和出气口 4位于光催化反应器箱体16顶面的对角线的两端。内层箱体15内设置有与出气口 4连接的延长管23，其通至箱体底部，使得箱体中的气体能够充分循环流动。
[0025]光催化反应器箱体16的一个侧面上设置有一个进水口 5 ;另一个侧面上设置有一个出水口 6,其中进水口 5位于侧面靠近箱体底部的中间位置,而出水口 6位于另一侧面靠近箱体顶部的中间位置，这样，低温恒温槽8中的恒温水由出水管18输送至进水口 5，然后流入到内层箱体14和外层箱体15之间的空腔内，当充满空腔后，再通过出水口 6流出，通过进水管19流回低温恒温槽8，从而保证不锈钢箱体处于恒温状态。其中，低温恒温槽8使用的是DFY-30/20型低温恒温槽，为市售仪器，其有效容积为30L，工作介质使用去离子水，循环泵流速为20L/min，工作温度可选择设置在5?80°C。
[0026]气体采集循环系统中的转子流量计9选用LZB_(4)BW型转子流量计，调节旋钮可以控制气体流量大小，其气体采样流量范围O?lL/min。根据箱体容积和GB/T18204.26-2000《公共场所空气中的甲醛测定方法》，微型真空泵10选用D831A-23-01型真空泵，该真空泵体积小巧、噪音低、功耗小、易于操作，不会污染气体。气泡吸收管11的作用是，当光催化反应完成以后，微型真空泵将箱体内的气体抽出，引入到汽包吸收管中的吸收液进行溶解过滤。气体注入箱13的作用是将一定摩尔质量的待检测甲醛或氨等有害气体添加到注入箱中，然后开启微型真空泵使气体循环流动，保证箱体内甲醛气体分布均匀，也可对注入箱进行外加热，以加速甲醛气体的挥发。[0027]本实用新型纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，其测试原理是，将待检测的纺织材料放置在一定体积的不锈钢密闭容器中，容器内填充有一定浓度的甲醛或氨气等有害气体，选用不同功率的紫外线或可见光光源对纺织材料进行辐照，其中，辐照光源距纺织材料距离可以进行调节，经过不同时间的辐照之后，使用微型真空泵将降解后的气体抽出以备进行检测。因此，本实用新型可以准确地检测出纺织材料光催化降解甲醛等有害气体的性能，为室内装饰织物的设计、生产和检测提供依据。
[0028]研究表明，纺织材料表面包覆有纳米TiO2光催化剂时，当受到波长小于380nm的紫外线照射，会在表面生成光致电子e_和空穴h+。电子和空穴能够迁移到纤维表面，分别与其表面的溶解氧和水发生作用，生成具有高活性的自由基.0H和O2._，二者为甲醛的深度氧化提供了高活性的催化剂，可以将甲醛氧化分解为二氧化碳和水。甲醛的光催化氧化过程是经过中间产物甲酸HCOOH而最终被氧化为CO2的。空气中氧和水的存在是光催化氧化甲醛为CO2和水不可缺少的条件，对光催化反应效率有较大影响。
[0029]利用本实用新型纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置进行测试的过程是，
[0030]步骤1，在开启辐照光源的条件下，在光催化反应箱体内不放置待测试样，将一定量的甲醛或其他有害气体注入到不锈钢反应器中，待达到充分循环以后测定空气中的甲醛或其他有害气体的浓度Cf
[0031]步骤2，清除反应器中的空气后，放置待检测纺织材料，注入与步骤I中相同量的甲醛或其他有害气体，然后开启辐照光源1，辐照一定时间后测定空气中的甲醛或其他有害气体的浓度C2,
[0032]步骤3，根据公式(I)计算甲醛或其他有害气体降解率。
[0033]
降解率X100%(I)。
[0034]按照上述的测试方法进行测试，各步骤中的的一些具体操作方法为:
[0035]在步骤2中，当放置待检测纺织材料时，应将其置于箱体内的辐照光源I四周，并根据需要调节好纺织材料与光源之间的距离，然后依据所测试的材料和要求，选择使用不同功率、不同波段的UVA、UVB、UVC紫外线灯或可见光灯，然后关闭密封门，待接通电源进行光辐照。
[0036]在开始辐照的同时开启恒温水循环系统对箱体进行恒温处理，以保证辐照时箱体内部的温度保持稳定。其中，恒温水循环系统由低温恒温槽和水管组成，恒温槽有效容积为30L，工作介质使用去离子水，循环泵流速为20L/min，工作温度可设置在5?80°C，恒温水由低温恒温槽内部的循环泵外引至光催化反应器箱体上的进水口，再由光催化反应器箱体上的出水口管道流回到恒温槽中。
[0037]测定空气中的甲醛或其他有害气体的浓度C2的具体方法是，等待反应一段时间后，打开出气口 4附近的第二阀门17，启动微型真空泵对气体进行采集。此时，从不锈钢光催化反应器采集来的气体，首先以一定的流速通过转子流量计9，然后通过微型真空泵10，最后流经气泡吸收管11，这样空气中的甲醛或其他有害气体便会溶解在吸收液中，过滤后的干净空气流回到反应器中。在整个气体循环过程中，微型真空泵起着驱动气体循环的作用，经过一段时间，将整个反应器中的气体过滤一遍。[0038]吸收液中的甲醛浓度根据国家标准GB/T18204.26-2000《公共场所空气中的甲醛测定方法》进行测定，吸收液中氨浓度依据国家标准GBT18204.25-2000《公共场所空气中氨测定方法》进行测定，测得辐照一定时间后空气中的甲醛或其他有害气体的浓度C2，然后根据公式(I)计算出气体的降解率。
【权利要求】
1.纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，其特征在于，包括光催化反应系统、气体采集循环系统和恒温水循环系统；所述的光催化反应系统包括，光催化反应器箱体(16)、辐照光源(I)和电源线(20)； 所述的光催化反应器箱体(16)由内层箱体(14)和外层箱体(15)构成，内层箱体(14)内部设置有辐照光源(I)，辐照光源(I)通过电源线(20 )与稳压器(12 )连接，光催化反应器箱体(16 )的正面设置有密封门(2 )，所述密封门(2 )周围设置有密封条； 所述的光催化反应器箱体(16)的顶部开有进气口(3)和出气口(4)，所述进气口(3)和出气口(4)位于光催化反应器箱体(16)顶面的对角线的两端，所述内层箱体(15)内设置有与出气口(4)连接的延长管(23)； 所述的光催化反应器箱体(16)的外层箱体(15)的一个侧面上靠近光催化反应器箱体(16)底部的位置设置有进水口(5)，另一个侧面上靠近光催化反应器箱体(16)顶部的位置设置有出水口(6)。
2.根据权利要求1所述的纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，其特征在于，所述的气体采集循环系统包括转子流量计(9)、微型真空泵(10)和气泡吸收管(11 )，所述的转子流量计(9)与微型真空泵(10)和气泡吸收管(11)依次通过出气管道(21)连接，所述的出气管道(21)通入光催化反应器箱体(16)上的进气口(3)，所述的转子流量计(9)通过进气管道(22)与出气口(4)连接；所述的出气管道(21)靠近出气口(4)的位置设置有第二阀门(17)； 所述的微型真空泵(10)的一端与气体注入箱(13)相连，所述的气体注入箱(13)的另一端连接进气管道(22)上。
3.根据权利要求1或2所述的纺织材料光催化降解有害气体反应测试装置，其特征在于，所述的恒温水循环系统由低温恒温槽(8)、出水管(18)和进水管(19)构成，所述的低温恒温槽(8 )的出水管(18 )与进水口( 5 )连接，低温恒温槽(8 )的进水管(19 )与出水口( 6 )连接，所述的出水管(18)上面设置有第一阀门(7)。
【文档编号】G01N21/00GK203572761SQ201320527835
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】张辉, 杨振威, 刘玉琳, 许晶, 吴荣辉 申请人:西安工程大学