本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种用于去除空气中的挥发性有机化合物的空气净化器。
背景技术
近年来，空气质量已成为香港及其他许多国家的一个严重问题。挥发性有机化合物（vocs），例如甲苯，丙酮及甲醛等，由于它们的毒性对人类健康造成的极大危害，以及所导致的光化学雾霾的形成，已经被公认为是造成空气污染的首要元凶。挥发性有机化合物（vocs）污染物通常来自室内和室外的污染源。室内挥发性有机化合物（vocs）污染通常来源于日常用品，如办公用品，保温材料，清洁产品及压制木板等。而室外挥发性有机化合物（vocs）污染则主要来自于工业排放和汽车尾气。最近的研究表明，许多有机污染物在室内的污染程度远甚于室外。
传统的催化氧化法是通过vocs和氧化剂之间的反应，利用催化剂对空气进行净化的一种方法。由于其具有高能效和高净化效率，是去除vocs污染物的最有前景的技术之一。在现有技术中，贵金属（如铂，钯等）和金属氧化物（如氧化铜，氧化钴等）均可作为催化剂使用。此类催化剂的主要作用是降低活化能，提高反应速率，使工艺温度（400-600℃）低于热倾斜温度（800-1100℃），从而降低能耗，提高载体材料对vocs的吸附性。因此，工艺成本和温室气体排量放均可被降低，并可极大地提高能效和净化效率。然而，尽管该技术令人鼓舞，vocs的常规催化氧化所需的工艺温度仍然较高，通常为400-600℃。特别是当vocs浓度较低时，为保证彻底去除vocs，需要更高的工艺温度。因此，该技术所需的高能耗限制了能效的提高。
纳米催化氧化技术（nco）具有解决上述技术问题的可能性。纳米催化氧化技术（nco）基于vocs与由臭氧催化剂分解产生的原子氧在衬底上发生的氧化反应。由于臭氧的通入可以进一步降低活化能，因而纳米催化氧化技术（nco）可以在较低的反应温度（＜400℃）下应用，进而提高能效。由于臭氧分解只能在催化剂表面发生，传统的研发方向主要集中于开发金属或金属氧化物纳米催化剂作为催化元件，并以活性炭，沸石等作为催化载体材料。此外，由于此类催化剂载体会对纳米催化剂的沉积和吸附过程，活性表面区域，vocs的运输及其性能产生重大影响，纳米催化剂和催化剂载体材料的开发已经成为利用nco去除vocs的技术发展中的关键问题。
近来，随着纳米科技的进步，可用于较低温度下的vocs氧化纳米催化剂得以开发。通过最新的纳米技术制备的纳米级催化剂，可以提高催化剂的性能和和降低成本。与大颗粒催化剂相比，纳米级催化剂具有更高的表面能和更大的比表面积，能更好地与反应化学物质相互作用。较大的比表面积能让更多的化学物质同时与催化剂相互作用，使催化剂更为有效。通常，催化活性和选择性主要取决于纳米级催化剂的粒度，成分和表面形态。例如，研究发现，在环境条件下与氧气进行co氧化反应时，tio2的负载金粒子的活性对其粒度（2-3nm）异常敏感。此外，纳米催化剂的晶体结构和成分可以在反应条件下发生变化，从而影响其性能。因此，为使空气净化器在室温下正常工作，开发具有高活性，高稳定性和低成本的纳米结构催化剂至关重要。
除催化剂以外，催化剂载体材料对纳米催化剂的制备以及在实际中运输vocs也起到重要作用。在过去的几十年中，由于碳材料易于取得，加工容易，成本较低，其作为载体材料去除vocs的应用被广泛研究。碳材料能在不同的条件下保持其化学稳定性，并能在各种温度或压力条件下工作。此外，采用传统的化学和物理活化法已可以制备出具有较大比表面积和可控孔分布结构的碳材料，其在vocs去除过程中发挥了重要作用。因此，碳材料被广泛应用于去除环境中的vocs.
目前，各种微孔碳材料（如活性炭，碳纤维等）被用于制备吸附剂和催化剂载体材料。由于vocs的吸附和运输过程受到碳材料的孔隙直径和有机分子通过孔隙的扩散速率所控制，在制备碳载体材料时，孔径是关键的设计参数之一。此外，碳材料另一种重要特性是控制颗粒扩散和颗粒尺寸。研究发现，当碳载型pt催化剂（用h2[ptcl6].6h2o制备得到重量百分比约为1wt.%的pt金属负载）在400℃的h2气流中会减少，pt粒子的扩散取决于直径为9-11nm的孔隙数量。事实证明，使用微孔活性炭作为催化剂载体主要有以下两个弊端：1）微孔活性碳通常是微孔结构的，且中孔不发达，难以担载纳米催化剂且阻碍vocs的运输；2）微孔活性碳含有大量的矿物质，能影响金属催化剂的表现。因此，开发一种可用作催化剂载体的具有均匀和发达中孔的高纯度新型碳材料，成为了一个亟待解决的技术问题。
除催化剂和载体材料外，nco反应器的性能还取决于反应器的设计。反应器通常由负载型催化剂和粘接剂构成的球团组成。但是，这样的设计不仅导致vocs运输到活性位的较大阻力，降低催化剂的利用率和净化效率，而且还导致高压降，增加泵功，从而降低能效。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于纳米催化氧化的空气净化器，其vocs运输到活性位的阻力较小，从而大大增强空气净化效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案是
一种基于纳米催化氧化的空气净化器，用于去除空气中的挥发性有机化合物，包括用于催化氧化空气中的挥发性有机化合物的纳米催化剂、承载纳米催化剂的碳气凝胶以及将碳气凝胶吸附在其上的金属泡沫。
优选地，金属泡沫为ni泡沫。
优选地，纳米催化剂为纳米二氧化钛。
本发明的工作原理为：
碳气凝胶材料具有诸多的特性，例如低密度，连续孔隙，比表面积大，中孔孔容大，导电性强等特点。碳气凝胶一般采用间苯二酚和甲醛，二者在弱性水溶液中发生溶胶-凝胶缩聚反应，随后在惰性气氛中冷冻干燥和热解。因此，碳气凝胶的另一独特特性是可通过在溶胶-凝胶缩聚反应中的催化剂浓度来调节中孔。此外，其可制成固体状，粉末状，珠状和片状，并能低成本高效率地净化污水和空气。碳气凝胶具有大中孔孔容，中孔可调性高以及吸附性强等优点。利用这些优点，将碳气凝胶与nco技术相结合，可极大地提高vocs的吸附及运输，有利于纳米催化剂的制备，从而提高nco的性能。
除催化剂和载体材料外，nco反应器的性能还取决于反应器的设计。反应器通常由负载型催化剂和粘接剂构成的球团组成。但是，这样的设计不仅导致vocs运输到活性位的较大阻力，降低催化剂的利用率和净化效率，而且还导致高压降，增加泵功，从而降低能效。可利用金属泡沫（如ｎi泡沫）的高孔率来实现具有低vocs运输阻力和跨反应器压降。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施的技术方案是：
一种基于纳米催化氧化的空气净化器，用于去除空气中的挥发性有机化合物，包括用于催化氧化空气中的挥发性有机化合物的纳米催化剂、承载纳米催化剂的碳气凝胶以及将碳气凝胶吸附在其上的金属泡沫。
金属泡沫为ni泡沫。
纳米催化剂为纳米二氧化钛。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。