一种抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置。
【背景技术】
[0002]目前，雾霾已越来越严重地影响人们特别是少年儿童的身体健康。雾霾对人体的危害主要是雾霾中的可吸入颗粒物和有毒气体，这些有毒气体包括:一氧化碳，各种碳氢化合物，氮氧化合物，二噁英，各种醛类化合物。为保障户外运动人群的身体不受雾霾的侵害，人们发明了各种口罩配用的PM2.5雾霾过滤装置，对抵抗雾霾的侵袭起到一定的作用。然而，这些PM2.5过滤器及雾霾防护口罩，仅仅关注了雾霾颗粒物对身体的危害，但对雾霾中有毒气体及雾霾颗粒上吸附的有毒气体没有任何净化作用，并且，随着雾霾颗粒在过滤器上聚集，吸附在颗粒上的有毒气体会因为口罩及过滤器被呼吸加热会进行二次释放，从而危害佩戴者健康，因此，在进行雾霾中细小颗粒过滤截留的同时，对吸入气体中有害成分进行分解，对消除雾霾危害，保障人们健康出行，保障人民身体健康极其重要。
[0003]光催化是一种利用半导体的光电转换效应分解有毒气体的一种方法。利用具有光催化活性半导体纳米材料，利用紫外光或者可见光，可以实现对气体和水中的有毒化合物的分解。这些半导体材料主要是以二氧化钛、氧化锌等氧化物为代表的紫外光催化剂和以硫化铜、二硫化钼为代表的非氧化物可见光催化剂等。近年来，人们利用这些光催化剂的光催化作用，制备自清洁口罩或者小型空气净化装置。所谓自清洁，大部分人是将光催化剂直接放到纤维中或者是附着在纤维表面，在太阳光的作用下，光催化剂对有毒气体进行分解。但是，雾霾发生的时段不会有阳光，所以，这种设计几乎对雾霾天气中对减少空气中的有毒气体不起作用。另外一类是装备了紫外光源的空气净化装置，由于常规的紫外光源体积大，不适合制备小型净化装置，随着发光二极管技术的进步，紫外发光二极管的价格大幅度降低，人们开始利用发光二极管与光催化剂结合，制备光催化空气净化装置。然而，一般情况下，空气净化装置是将二氧化钛为主的光催化剂结合在多孔材料或者纤维上，利用光源的照射作用，使气体通过多孔材料时，与光催化剂产生的载流子发生反应，实现对有毒气体的催化反应。然而，这种装置有其固有的难以克服的缺点，其缺点之一，是由于载体材料对光的吸收和反射作用，只有最表面的一层氧化钛才能实现光催化功能，大部分光催化剂无法完全实现光催化作用；其缺点之二是紫外光可能会泄露，影响佩戴人皮肤健康甚至诱发皮肤癌；其缺点之三是，光催化剂在雾霾过滤过程中，容易吸附有色颗粒，导致光不能有效到达半导体光催化剂，而使光催化气体净化装置无法实现作用。另外，当光催化剂作用失效时，一些碳氢化合物和氮氧化合物在紫外光的照射下，会产生非常复杂的化学反应，形成更具毒性的复杂化合物，产生了许多副作用。因此，研制抗污染的光催化分解有毒气体的空气净化装置具有重要意义和迫切需求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置。
[0005]本发明所述的抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置，包括净化装置容器I，与容器顶面和底面大小相对应的带有均匀分布孔的上下盖板2，容器内分布的光催化石英玻璃纤维3，位于上盖板中央区域的紫外LED光源4，净化装置附带的设置有开关的可充电电池6，以及连接紫外LED光源和可充电电池的导线5;其中所述上盖板中央区域设置有适于放置紫外LED光源的槽孔，所述紫外LED光源与容器内的所有光催化石英玻璃纤维末端以封装硅胶或光刻胶粘结并固定于所述上盖板中央区域的槽孔中；
[0006]其特征在于:
[0007]所述净化装置容器由塑料、玻璃或者金属制成，其形状、大小及容量根据设计需求确定；
[0008]所述上下盖板上的孔的直径为0.5cm-2cm;
[0009]所述容器内的光催化石英玻璃纤维为石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料，其结构是在石英玻璃纤维表面均匀分布且垂直生长有二氧化钛纳米线阵列，其中，所述石英玻璃纤维的直径为20-300微米，所述二氧化钛纳米线的直径为100-200纳米，其长度为
0.5-1.5微米；所述光催化石英玻璃纤维在容器内的分布量为所述容器体积量的20%-60%，优选 40%;
[0010]所述LED紫外光源的功率为0.2W-5W;
[0011]所述可充电电池为电容量为500-5000mAh的锂离子电池。
[0012]上述抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置中:所述净化装置容器上下盖板上的孔的直径优选0.8cm_l.5cm。
[0013]上述抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置中，所述石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料优选由如下方法制得:
[0014](I)取6-30mL聚乙二醇与10_30mL水混合，搅拌形成透明溶液；
[0015](2)加入2mmol K2T1(C2O4)2,搅拌30_40min，将混合溶液倒入高压反应釜中；
[0016](3)按石英玻璃纤维与K2T1(C2O4)2的质量比为100:3-100: 20的量，取直径为20-300微米的石英玻璃纤维一束，将其一端扎紧后，扎紧端朝下浸入上述高压反应釜中的混合溶液内；
[0017](4)将高压反应釜放入电炉中，在100_230°C下水热反应6_30h;
[0018](5)水热反应完毕后自然冷却，纯净水洗涤石英玻璃纤维束并将其在70±2°C下干燥12-15h，制得石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料。
[0019]其中:步骤(I)所述聚乙二醇优选为分子量是4000-6000的聚乙二醇。
[0020]上述抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置中:所述LED紫外光源的功率优选为3W-5W。
[0021]上述抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置中:所述可充电电池为电容量优选为3000-5000mAh的锂离子电池。
[0022]本发明所述抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置对有毒气体实现降解的原理是，将紫外LED灯发出的紫外光导入石英玻璃纤维，由于石英纤维的折射率高于空气折射率，光被限制在石英玻璃纤维中。由于本发明所述的光催化石英玻璃纤维为石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料，其结构是在石英玻璃纤维表面均匀分布且垂直生长有二氧化钛纳米线阵列，因此利用二氧化钛的高折射率，实现将紫外光从石英玻璃纤维向二氧化钛的传播，从而实现紫外光催化，进而实现对雾霾中有毒气体的有效降解。
[0023]本发明提出利用紫外LED灯为光源，利用石英玻璃纤维的光波导性质将紫外光通过玻璃纤维导入纤维表面垂直生长的二氧化钛纳米线阵列，从而实现内通光光催化。因为是内通光光催化，光的传播过程不受催化剂污染的影响，因此，可以实现高效长寿命的光催化有毒气体分解和空气净化。同时本装置配备了可充电电池，可以实现便携且应用范围灵活的长时间工作。
[0024]本发明公开的抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置具有结构简单，组装方便，可以制备不同功率和不同尺寸的过滤器件，适于在口罩、防毒面具、车载和家用空气净化装置制备中使用，具有广阔的应用前景。本发明装置中涉及的石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料制备过程简单，成本低，适于工业化生产，完全能够保证需求。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例1制得石英纤维-二氧化钛纳米线复合光催化纤维的扫描电镜图(SEM)，其中:b、c图为局部放大图。
[0026]图2本发明实施例1光催化空气净化装置示意图。
[0027]其中:1.净化装置容器，2.有孔的上下盖板，3.光催化石英玻璃纤维，4.紫外LED灯，5.导线，6.可充电电池。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例及说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不仅限于此。
[0029]实施例1:
[0030]光催化石英玻璃纤维即石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料制备[0031 ]①取30mL分子量为6000的聚乙二醇与30mL水混合，搅拌形成透明溶液；
[0032]②加入2mmol K2T1(C2O4)2,搅拌30min，将混合溶液倒入10mL高压反应釜中；
[0033]③按石英玻璃纤维与K2T1(C2O4)2的质量比为100:20的量，取直径为100微米的石英玻璃纤维，剪成长度5厘米的纤维段，将石英玻璃纤维束在一端扎紧后，扎紧端朝下浸入上述高压反应釜中的混合溶液内；
[0034]④将高压釜放入电阻炉中，100度水热反应30h;
[0035]⑤水热反应完毕后自然冷却，纯净水洗涤石英玻璃纤维束5-6遍并将其在70°C下干燥12h，制得石英玻璃纤维-二氧化钛纳米线复合材料。
[0036]检测制得的石英纤维-二氧化钛纳米线复合材料的显微结构如附图1所示。显示石英玻璃纤维表面的二氧化钛纳米线的直径为100纳米，长度为1.5微米，均匀分布在石英纤维表面。
[0037]抗污染的光催化分解有毒气体的小型空气净化装置制备
[0038]⑥将功率为0.2W的LED紫外光灯与光催化石英玻璃纤维束的捆扎端用光刻胶粘结，宽扎石英纤维的其它部分均匀铺展后充满金属材质的底板打孔的反应器中。
[0039]⑦将中间开孔的反应器的打孔盖板盖上，紫外灯座与接线柱穿过盖板中间的孔固定于反应器上盖板中央区域的槽孔中。<