经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置制造方法及图纸

本公开提供和包括用于生产基本非水合并基本不含臭氧的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的装置和方法。

Purified hydrogen peroxide gas generation method and apparatus

The present disclosure provides and includes improved equipment and methods for producing essentially non water incorporated, substantially ozone free purified hydrogen peroxide gas (PHPG).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置相关申请本申请要求2014年5月5日提交的美国临时申请第61/988,535号的优先权，其全文经此引用并入本文。领域本公开总体上涉及用于生产经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的方法和装置。更具体地，本公开涉及改进的透气表面、催化表面和用于增加PHPG产量的方法。背景病原微生物、霉菌（molds）、霉（mildew）、孢子以及有机和无机污染物在环境中常见。环境空间中的微生物控制和消毒对改善健康是合意的。过去已使用许多方式以试图净化空气和消毒表面。例如，通过例如光催化氧化过程产生的活性氧类（ROS）已知可以氧化有机污染物并杀死微生物。更特别地，羟基自由基、氢过氧自由基、氯和臭氧——光催化反应的最终产物，已知能够氧化有机化合物和杀死微生物。但是，不仅由于效力限制还由于安全问题，已知方法和装置受到限制。ROS是用于描述由环境潮湿空气暴露在紫外光下产生的高度活化空气的术语。紫外范围内的光发出在被吸收时具有足以断裂化学键的能量的频率下的光子。在250-255纳米波长下的紫外光常用作生物杀灭剂。低于大约181纳米直至182-187纳米的光在其产生臭氧的能力方面可与电晕放电竞争。臭氧化和紫外辐射两者都用于社区水系统中的消毒。臭氧目前用于处理工业废水和冷却塔。过氧化氢众所周知具有抗微生物性质并已在水溶液中用于消毒和微生物控制。但是，在气相中使用过氧化氢的尝试过去受阻于生产经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的技术障碍。气化的过氧化氢水溶液产生由过氧化氢水溶液构成的微滴气溶胶。用于“干燥”气化过氧化氢（VHP）溶液的各种方法最多产生过氧化氢的水合形式。这些水合过氧化氢分子被通过静电吸引和伦敦力结合的水分子包围。因此，由结合的分子水（其有力地改变被包封的过氧化氢分子的基本静电配置）极大降低了过氧化氢分子通过静电方式直接与环境相互作用的能力。此外，可实现的气化过氧化氢的最低浓度通常远高于1.0ppmOccupationalSafetyandHealthAdministration(OSHA)工作场所安全限值，使得这些方法不适用于已占用的区域。已证实破坏流体中的有机污染物的光催化剂包括但不限于TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CdS、ZrO2、SB2O4和Fe2O3。二氧化钛化学上稳定，其具有适用于UV/可见光光活化的带隙并相对便宜。因此，在过去三十年间已广泛研究了用于从污染的空气和水中除去有机和无机化合物的二氧化钛的光催化化学。由于光催化剂可以在被充足能量的紫外光活化时由吸附的水生成羟基自由基，它们表现出有望用于生产用于在气相中施加时释放到环境中的PHPG。但是，光催化剂的现有应用集中于生成含有许多不同反应性化学物类的等离子体。此外，光催化等离子体中的大部分化学物类可与过氧化氢反应并凭借破坏过氧化氢的反应抑制过氧化氢气体的产生。引入等离子体中的任何有机气体也通过与过氧化氢的直接反应和通过它们的氧化产物与过氧化氢的反应抑制过氧化氢产生。光催化反应器本身也限制用于释放到环境中的PHPG的生产。由于过氧化氢的化学势高于氧气以作为牺牲氧化剂被还原，其在光催化反应器中向下游移动时像通过水的氧化生成其一样快地优先被还原。表1:氧化/还原半反应催化剂的光活化标准还原电位(eV)hνh++e−（在TiO2催化剂上）≤-3.2hνh++e−（在具有助催化剂的TiO2催化剂上）≤-2.85由于电子-空穴重组而损失自由电子h++e−热（在TiO2催化剂上）≥3.2h++e−热（在具有助催化剂的TiO2催化剂上）≥2.85羟基自由基的形成（只有在水吸附在催化剂上的活性位点上以防止电子-空穴重组时）h++H2OOH*+H+2.85在浓缩等离子体反应器中通过自由电子还原而在热力学上有利的羟基自由基损失，但在PHPG反应器中得到避免OH*+e−+H+H2O2.02羟基自由基组合形成过氧化氢，这在等离子体反应器中与自由电子还原相比非热力学有利，但由PHPG反应器通过创建与自由电子分离的稀释羟基自由基场而得到促进2OH*H2O21.77在浓缩等离子体反应器中会破坏任何过氧化氢，但由PHPG反应器通过创建与自由电子和光分离的稀释羟基自由基场而得到避免的自发反应2OH*+H2O22H2O+O22.805 H2O2+2 H++2 e−2H2O1.78H2O2+hν2OH*（通过光解）1.77e−+H2O2OH*+OH-0.71在PHPG反应器中通过双氧（dioxygen）的强制还原生成过氧化氢，但在浓缩等离子体反应器中不生成的反应e−+O2O2−（第一步骤非自发）-0.132H++2e−+O2H2O2（总反应）0.70在浓缩等离子体反应器中普遍但在不使用产生臭氧的光波长的PHPG反应器中不发生的其它反应O2+hν2O*（通过光解）≤-5.132O*+2O22O32.99O3+2 H++2 e−O2(g)+ H2O2.075O3+ H2O+2 e−O2(g)+ 2 OH-1.24过氧化氢的臭氧破坏O3+H2O2H2O+2O21.381另外，几个副反应生成变成光催化等离子体的一部分并抑制如上所述用于释放到环境中的PHPG的产生的各种物类。一般通过水的氧化产生羟基自由基并需要至少2.85eV的氧化电位才能发生。催化剂因此必须被具有至少该所需能量的光子活化。具有低于2.85eV的能量的光子不产生羟基自由基，但具有至少1.71eV的能量的光子可以将过氧化氢光解成羟基自由基。由于过氧化氢的破坏，应该避免过多具有1.71eV或更高能量的光。在等离子体反应器内——其中自由电子有可能与羟基自由基重组并形成氢氧离子，这是热力学上有利的反应，因为其具有最高还原电位2.02eV。具有较低还原电位的所有反应（如羟基自由基组合形成过氧化氢，1.77eV）不是有利的。在发生过氧化氢形成的罕见情况下，将生成两个自由电子的化学计量过量。在这种情况下，自由电子的化学计量过量使得有可能发生更低电位反应，最尤其是过氧化氢分子还原成羟基自由基和氢氧离子（0.71eV），然后通过该自由基和该离子的分开还原进一步还原成水。在等离子体反应器中，丰富的自由电子确保羟基自由基的还原占优势，并且理论上可能形成的任何过氧化氢立即还原回水。与之相比，在PHPG反应器中，过氧化氢的生成是有利的，因为该反应器将羟基自由基与自由电子分离，以防止羟基自由基还原成水。这允许发生次有利（thenextmostfavored）的反应，即羟基自由基组合形成过氧化氢。过氧化氢可通过分解（过氧化氢分子相互的反应）还原回水，但通过确保生成的过氧化氢是稀的而使这一效应最小化。由于PHPG反应器将羟基自由基与留在催化剂上的自由电子分离，也强制自由电子还原另一物类，在这种情况中是双氧。双氧至超氧离子（superoxideion）的还原具有负还原电位-0.13eV，这表明其非自发，但只是轻微如此。通过自由电子积聚在催化剂上以生成提高的热力学还原压力而克服该非自发性。这种非自发反应是氧气还原成过氧化氢的四个步骤的第一个，其余三个步骤都是自发的。重要的是指出，当所有四个步骤组合成单个还原反应时，总电位为正，或自发的。容易忽略的事实是，必须发生非自发的第一步骤才能接着发生其余三个自发步骤。通过将羟基自由基本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置，所述装置包括：a. 外壳；b. 提供空气流的空气分配机构；c. 在其表面上具有催化剂的透气基材结构体；d. 光源；且其中所述空气流通过所述透气基材结构体；且所述装置在运行时生产PHPG并将其导出所述外壳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.05 US 61/9885351.用于生产非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置，所述装置包括：a.外壳；b.提供空气流的空气分配机构；c.在其表面上具有催化剂的透气基材结构体；d.光源；且其中所述空气流通过所述透气基材结构体；且所述装置在运行时生产PHPG并将其导出所述外壳。2.权利要求1的装置，其中所述光源是紫外光源。3.权利要求1的装置，其中所述空气流包括大于14°的对所述基材结构体的入射角。4.权利要求1的装置，其中所述空气流包括选自大于50°、大于60°、大于70°、大于75°、大于80°、大于85°和大于89°的入射角。5.权利要求1的装置，其中所述空气流包括68°至90°的入射角。6.权利要求1的装置，其中所述入射角为90°。7.权利要求1的装置，其中所述空气流包括具有至少5%的湿度的空气。8.权利要求1的装置，其进一步包括加湿器。9.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体为大约5纳米至大约750纳米厚。10.权利要求9的装置，其中所述透气基材结构体的厚度选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米。11.权利要求9的装置，其中所述透气基材结构体的厚度为20纳米至40纳米。12.权利要求9的装置，其中所述透气基材结构体的厚度为100纳米至200纳米。13.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体是具有10%至60%的开孔面积百分比的网格。14.权利要求13的装置，其中所述透气基材结构体是具有20%至60%的开孔面积百分比的网格。15.权利要求13的装置，其中所述开孔面积百分比选自10%至20%、20%至30%、30%至40%、40%至50%和50%至60%。16.权利要求13的装置，其中所述开孔面积百分比为36%至38%。17.权利要求13的装置，其中所述开孔面积百分比为大约37%。18.权利要求2的装置，其中所述紫外光用在所述基材表面具有0.1瓦特/平方英寸至150瓦特/平方英寸的强度的光照射所述透气基材结构体。19.权利要求18的装置，其中所述强度为2.5至7.4瓦特/平方英寸。20.权利要求19的装置，其中所述强度为大约5瓦特/平方英寸。21.权利要求2的装置，其中所述紫外光包括190纳米至460纳米的波长。22.权利要求2的装置，其中所述紫外光不包括低于187纳米的波长。23.权利要求21的装置，其进一步包括阻断具有188纳米或更小波长的紫外光的滤光器。24.权利要求19的装置，其中所述紫外光的波长为340纳米至380纳米。25.权利要求24的装置，其中所述光的至少90%的功率在340纳米至380纳米之间发射。26.权利要求25的装置，其中所述光的至少99%的功率在350纳米至370纳米之间发射。27.权利要求21的装置，其中少于1%的所述光是具有280纳米至315纳米的波长的紫外光B辐射。28.权利要求27的装置，其中所述紫外光B辐射少于总辐射的0.1%。29.权利要求25的装置，其中所述紫外光具有在262纳米的最大值。30.权利要求1的装置，其进一步包括一个或多个过滤器以在流过所述透气基材结构体之前从所述空气流中除去选自氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、挥发性有机分子（VOM）、家庭粉尘、花粉、尘螨碎屑、霉菌孢子、宠物皮屑、烟、霾和细菌中的一种或多种污染物。31.权利要求30的装置，其中所述一个或多个过滤器是有机蒸气过滤器、颗粒物过滤器、高效过滤器、疏水过滤器、活性炭过滤器或其组合。32.权利要求30的装置，其中所述污染物包含一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、氧化硫、二氧化硫、甲醛、乙醛、甲苯、丙醇或丁烯。33.权利要求30的装置，其中所述一个或多个过滤器包括能够捕获尺寸为0.3微米至10微米的颗粒的颗粒物过滤器。34.权利要求1的装置，其中所述一个或多个过滤器包含沸石。35.权利要求1的装置，其中所述空气流以5纳米/秒（nm/s）至10,000nm/s的流速流过所述透气基材结构体。36.权利要求35的装置，其中所述流速选自5nm/s至15nm/s、15nm/s至30nm/s、30nm/s至50nm/s、50nm/s至75nm/s、75nm/s至100nm/s、100nm/s至250nm/s、250nm/s至500nm/s、500nm/s至750nm/s、750nm/s至1000nm/s、1000nm/s至2,500nm/s、2,500nm/s至5,000nm/s、5,000nm/s至7,500nm/s和7,...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD李，DJ波斯马，
申请(专利权)人：塞尼斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US