一种利用太阳能实现大气VOCs治理的装置及方法与流程

本发明属于物理吸附vocs(挥发性有机物)气体技术领域，具体涉及一种利用太阳能产生静电场来吸附空气中vocs气溶胶的雾霾治理方法，具体是一种利用太阳能实现大气vocs治理的装置及方法。

背景技术：

随着国民经济的发展和各行各业的设备的产业化与多元化，国民生存环境的破坏日趋严重，特别是近年来各地不断严重的空气污染，使治理大气污染成为当前的首要任务。据大气环境质量监测显示，近年来，我国部分城市空气污染状况日益严重，而vocs则是造成此类污染的重要因素。vocs对人体健康和生态环境的影响显著，vocs不仅对人体有急性毒性、致癌性，而且还能通过光化学反应生成o3、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物，这些二次污染物通过进一步的氧化、成核、凝结作用，可以生成pm2.5的前体物soa，就是通常所说的雾霾，直径在0.1～10μm之间。城市空气中的vocs大部分来源于人为源的排放，如机动车排放、燃煤排放、石化行业排放等，并且具有明显的日变化特征；大气中的vocs除了受到源排放影响外，还受到大气环境因素的影响，气象因素与大气中vocs的浓度有密切联系。

目前，现有技术对大气中vocs污染物的处理效果不理想，成本高，还容易出现二次污染等，因此，研究新型吸附系统治理vocs污染就显得非常重要。

术语和缩略语如下：

vocs：volatileorganiccompounds挥发性有机物；

soa：secondaryorganicaerosol二次气溶胶；

pm2.5：细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物；

o3：臭氧。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种利用太阳能实现大气vocs治理的装置及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用太阳能实现大气vocs治理的装置，包括太阳能板、升压电路、收尘板和放电极，太阳能板的正负极分别与升压电路输入端的正负极连接，升压电路能够将太阳能板输出的直流电压升压至10～50kv；升压电路输出端的正负极分别与收尘板和放电极连接，收尘板为金属的筒状收尘板，放电极与固定在收尘板的轴心处。

还包括蓄电池，蓄电池的正负极分别与升压电路输入端的正负极连接，蓄电池与升压电路之间还设有用于控制蓄电池进行充放电的电源管理模块；蓄电池的正负极还分别与太阳能板的正负极连接，且蓄电池与太阳能板之间还设有用于控制太阳能板对蓄电池进行充放电的电源管理模块。

还包括安装架和安装抱杆，安装架固定安装于安装抱杆的上端，安装架上具有安装太阳能板的倾斜面，安装架还有内腔，蓄电池安装于该内腔中；收尘板通过抱箍安装于安装抱杆上并处于安装架的下方。

蓄电池的输出电压为12v。

收尘板为圆筒状栅格结构的金属筒，圆筒状栅格结构能够有效的保持空气流动性，使收尘板周围及收尘板内部空气中的颗粒物被收集；放电极为金属棒。

还包括收集斗，收集斗设置于收尘板和放电极的下方。

太阳能板的输出电压为12v直流电压。

一种利用太阳能实现大气vocs治理的方法，通过上述装置进行，其过程如下：

太阳能板在太阳照射下产生直流电压，太阳能板产生的直流电压经升压电路压升压至10～50kv，收尘板与放电极之间产生静电场，该静电场使收尘板与放电极之间的空气产生电离，在电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子向收尘板运动过程中遇到颗粒物，使颗粒物带上负电荷，带有负电荷的颗粒物在电场力的作用下向收尘板方向运动并在收尘板上被收集。

所述装置还包括蓄电池，蓄电池的正负极分别与升压电路输入端的正负极连接，在晚上或阴雨天时，蓄电池经升压电路压升压至10～50kv，收尘板与放电极之间产生静电场，该静电场使收尘板与放电极之间的空气产生电离。

放电极与收尘板之间产生电场，产生的电场使收尘板与放电极之间的空气产生电离，在电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子向收尘板运动过程中遇到颗粒物，使颗粒物带上负电荷，带有负电荷的颗粒物在电场力的作用下向收尘板方向运动并在收尘板上被收集；收尘板收集的颗粒物聚集成为较大的颗粒，最终通过电场力和重力的作用，落入收集斗中。

本发明具有如下有益效果：

本发明利用太阳能实现大气vocs治理的装置能够利用升压电路将太阳能板输出的直流电压升压至10～50kv，使收尘板与放电极之间产生强电场，在该强电场中，空气分子被电离为正离子和电子，电子向与正极连接的收尘板移动过程中使vocs气溶胶颗粒(简称颗粒物)带负电荷，从而使颗粒物向正极方向运动被收尘板(吸附板)所收集。本发明装置的结构简单，制造成本低，使用方便，适合大面积布放来吸附大气中的vocs污染，改善空气质量。

进一步的，为使本发明的装置能够在晚上以及阴雨天正常工作，在太阳能板之后加入一块蓄电池及充放电部件，当阳光充足时，由太阳能板对收尘板与放电极提供电能，并能够通过电源管理模块对蓄电池进行充电；当在晚上或阴雨天时，通过蓄电池放电来为收尘板与放电极提供电能。

进一步的，收尘板设置为圆筒状栅格结构，因此能够有效的保持空气流动性，使收尘板周围及收尘板内部空气中的颗粒物被收集。

由上述本发明大气vocs治理的装置的有益效果可知，本发明利用太阳能实现大气vocs治理的方法具有布放便捷、无需额外能耗、结构简单、成本低、吸附的颗粒物粒径范围宽、二次污染小等优点。

附图说明

图1为本发明的vocs治理方法的原理图；

图2为本发明的应用示意图。

图中，1-太阳能板，2-蓄电池，3-升压电路，4-收尘板，5-放电极，6-收集斗，7-颗粒物，8-安装架，9-安装抱杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置，包括太阳能板1、升压电路3、收尘板4和放电极5，太阳能板1可选择输出电压为12v直流电压的太阳能板，太阳能板1的正负极分别与升压电路3输入端的正负极连接，升压电路3能够将太阳能板输出的直流电压升压至10～50kv；升压电路3输出端的正负极分别与收尘板4和放电极5连接，收尘板4为金属的筒状收尘板，放电极5为金属棒，放电极5固定在收尘板4的轴心处。

作为本发明优选的实施方案，为使本发明的装置能够在晚上以及阴雨天正常工作，本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置还设有蓄电池2，蓄电池2可选择输出电压为12v的蓄电池，蓄电池2的正负极分别与升压电路3输入端的正负极连接，蓄电池2与升压电路3之间还设有用于控制蓄电池2进行充放电的电源管理模块；蓄电池2的正负极还分别与太阳能板1的正负极连接，且蓄电池2与太阳能板1之间还设有用于控制太阳能板1对蓄电池2进行充放电的电源管理模块。

如图2所示，作为本发明优选的实施方案，本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置还包括安装架8和安装抱杆9，安装架8固定安装于安装抱杆9的上端，安装架8上具有安装太阳能板1的倾斜面，安装架8还有内腔，蓄电池2安装于该内腔中；收尘板4通过抱箍安装于安装抱杆9上并处于安装架8的下方。

作为本发明优选的实施方案，为提升颗粒物的收集效率，收尘板设置为圆筒状栅格结构，该结构能够有效的保持空气流动，使圆筒周围及圆筒内部空气中的颗粒物被收集。

作为本发明优选的实施方案，为提升治理装置周围的环境卫生以及防止收集的颗粒物再次飞散形成二次污染，本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置还设有收集斗6，收集斗6设置于收集板4和放电极5的下方。

本发明利用太阳能实现大气vocs治理的方法，通过本发明的大气vocs治理装置进行，其过程如下：

太阳能板1在太阳照射下产生直流电压，太阳能板1产生的直流电压经升压电路3压升压至10～50kv，收尘板4与放电极5之间产生电场，该电场使收尘板4与放电极5之间的空气产生电离，在电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子向收尘板4运动过程中遇到颗粒物，使颗粒物带上负电荷，带有负电荷的颗粒物在电场力的作用下向收尘板4方向运动并在收尘板4上被收集。放电极5和收尘板4之间产生的电场强度根据如下公式(1)：

颗粒物受电场力大小依据如下公式(2)，通过调整升压板输出电压的高低，可以设置颗粒物收集的强度：

其中：

为电场强度矢量；

为电场方向矢量；

为颗粒物受到静电场吸附力的矢量；

q为颗粒物所带电荷的电量；

u为放电极和收尘板之间的电压；

a为放电极的半径；

b为收尘板(圆筒)的半径；

r为颗粒物所在位置的距离轴心的距离。

作为本发明优选的实施方案，当本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置设有蓄电池2时，当在晚上或阴雨天时，太阳能板1不产生电能，蓄电池2经升压电路3压升压至10～50kv，收尘板4与放电极5之间产生电场，该电场使收尘板4与放电极5之间的空气产生电离。

作为本发明优选的实施方案，当本发明的利用太阳能实现大气vocs治理的装置设有收尘板4时，放电极5与收尘板4之间产生电场，产生的电场使收尘板4与放电极5之间的空气产生电离，在电场中空气分子被电离为正离子和电子，电子向收尘板4运动过程中遇到颗粒物，使颗粒物带上负电荷，带有负电荷的颗粒物在电场力的作用下向收尘板4方向运动并在收尘板4上被收集；收尘板4收集的颗粒物聚集成为较大的颗粒，最终通过电场力和重力的作用，落入收集斗6中。本发明的技术方案对大气vocs收集效率高，通过调节升压电压的大小可以调节收集强度、调节所吸附颗粒物粒径；本发明利用太阳能无需额外能耗，可实现全天候雾霾治理；结构简单，制造成本低，适合大面积布放来吸附大气中的vocs污染物，改善空气质量。

应用案例：一台该装置一天预计除尘1000克，某城市布设该装置10万台，一天预计吸附雾霾可达100吨，可以显著的减少空气的污染，使城市空气质量得到改善。