本实用新型专利技术公开了一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，包括壳体、电源、连接件以及至少一个催化放电单元，连接件和催化放电单元设于壳体内，连接件与壳体连接，催化放电单元与连接件连接，催化放电单元包括与电源相连的第一电极组件和第二电极组件，第一电极组件和第二电极组件之间产生等离子场，第一电极组件和第二电极组件之间设有纳米催化剂，纳米催化剂设于等离子场内，壳体上设有进气口和出气口，壳体内的气流经过等离子场并与纳米催化剂接触。本实用新型专利技术中空气消毒净化装置将除尘、脱除有机污染物、杀菌消毒等功能集成一体，具有能量利用率高、杀菌效果明显、结构紧凑简单、整机体积小等优点。整机体积小等优点。整机体积小等优点。
An air disinfection and purification device based on plasma in situ coupling nano catalysis
【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置
[0001]本技术属于放电等离子体与催化领域，具体涉及一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置。
技术介绍
[0002]室内空气质量同人们的身体健康状况密切相关，造成室内空气质量下降的污染物种类繁多，包括颗粒物、有机污染物和致病微生物等。特别是爆发的新型冠状病毒感染导致的肺炎重大疫情，使公共室内场所的空气消毒成为疫情防控的关键所在。
[0003]近年来，基于等离子体技术的空气净化器应用广泛，其原理是利用等离子体产生的高能电子与O、HO2、OH等自由基活性物种具有的强细菌病毒灭活能力，该类型空气净化器具有工作温度低、富含高活性物种、颗粒捕集能力较强、设备简便易行等优点。然而，该类空气净化器在空气消毒净化方面尚存在较多突出问题，如对细微颗粒(如生物气溶胶)高效捕集难度较大、易产生臭氧与氮氧化物等有害副产物造成二次污染等。要解决上述不足，通常采用的方法是构建多级净化体系，分级处理室内空气中的有毒有害物，这虽能达到高效消毒净化的目的，但涉及多级放电单元、副产物去除单元等，装置体积较大，能耗与造价较高，维护费用也随之升高。
技术实现思路
[0004]本技术针对以上问题的提出，而研究设计一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，来解决传统空气净化装置的消毒净化效率较低、装置体积较大、能耗与造价较高的缺点。本技术采用的技术手段如下：
[0005]一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，包括壳体、电源、连接件以及至少一个催化放电单元，所述连接件和催化放电单元设于所述壳体内，所述连接件与所述壳体连接，所述催化放电单元与所述连接件连接，所述催化放电单元包括相对设置的第一电极组件和第二电极组件，所述第一电极组件和第二电极组件均与所述电源相连，使得所述第一电极组件和第二电极组件之间产生等离子场，所述第一电极组件和第二电极组件之间设有纳米催化剂，所述纳米催化剂设于所述等离子场内，所述壳体上设有进气口和出气口，所述壳体内的气流经过所述等离子场并与所述纳米催化剂接触。
[0006]优选地，所述第一电极组件包括板电极或针电极或网电极，所述第二电极组件包括板电极或针电极或网电极。
[0007]优选地，所述第一电极组件为针电极阵列，所述第二电极组件为针电极阵列、电极板或电极网，所述针电极阵列的针间距为毫米级，针长度为毫米级，所述第一电极组件与第二电极组件之间的间距为毫米级，所述网电极的网孔数为20
‑
40目。
[0008]优选地，所述纳米催化剂填充于所述第一电极组件和第二电极组件之间或者涂覆于所述第一电极组件和/或第二电极组件的表面。
[0009]优选地，所述电源为交流、直流或脉冲电源，所述电源的输出电压为2
‑
10kV。
[0010]优选地，所述纳米催化剂为纳米光催化剂，所述纳米光催化剂的禁带宽度为1.5
‑
3.2eV，其对光的吸收波段为200
‑
800nm。
[0011]优选地，所述纳米光催化剂为表面负载有等离激元纳米粒子的半导体催化剂。
[0012]优选地，所述壳体内设有多个催化放电单元，所述催化放电单元之间通过所述连接件连接，所述连接件由绝缘材质制成。
[0013]本技术的空气消毒净化原理为：
[0014]与常规的等离子体及催化技术相比，本技术装置通过气流分布控制、优化催化剂与电极结合方式等手段，使等离子体、纳米(光)催化剂以及气体充分作用，从而实现等离子体的光、电场与纳米(光)催化剂的表界面化学场高效耦合。该技术借助等离子体的光、电场作用克服催化方法对高温的依赖以及选择性差的缺点，同时利用纳米(光)催化剂的特殊表界面化学场解决等离子体仅能有效去除单一有毒有害物种的问题。
[0015]首先，与常规的等离子体消毒净化技术不同，本技术中纳米(光)催化剂耦合于等离子体中可显著改变放电的模式，使等离子体更加均匀地弥散于放电间隙内，这将使等离子体与流经空气充分接触，确保空气中的颗粒物充分荷电、致病微生物有效灭活，以及有机污染物的高效活化。同时，等离子体的电流脉冲因纳米(光)催化剂的耦合而显著变弱，这会削弱空气放电过程中对氮气分子(N2)的活化，从而抑制氮氧化物以及臭氧的生成(反应式1
‑
2)。
[0016][0017][0018]其次，将纳米(光)催化剂原位耦合于等离子体中，一方面具有高催化活性的纳米(光)催化剂可直接在等离子体活性物种作用下灭活致病微生物、去除有机污染物，还可氧化附着于催化剂表面的颗粒物，同时促进臭氧表面分解；另一方面纳米(光)催化剂在等离子体自发光的作用下能够产生电子/空穴对(反应式3
‑
4)，进而通过产生大量活性物种(反应式5
‑
6)，有效驱动光催化反应，提升对空气的消毒净化能力。上述特点是单纯等离子体技术不能实现的，也克服了常规催化方法面临的高温、高能耗、低选择性难题。
[0019]Semiconductor+hv(UV)
→
h
+
+e
‑
ꢀꢀ
(3)
[0020]Nanoparticle+hv(Visible)
→
h
+
+e
‑
ꢀꢀ
(4)
[0021][0022]O2+h
+
+2H
+
→
2OH
·
ꢀꢀ
(6)
[0023]最后，等离子体与纳米(光)催化剂的原位耦合很容易通过调变具体放电形式以及纳米(光)催化剂来实现两者的高效协同(1+1>2)。该空气消毒净化装置可对公共室内气体进行颗粒物(含致病生物气溶胶)的高效捕集，对病毒与有机污染物进行高效灭活和高效氧化脱除，并能有效避免有毒有害副产物的生成，兼具显著提升室内空气质量的功能。
[0024]与现有技术比较，本技术所述的一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置的有益效果为：
[0025]1、相较于常规基于等离子体技术的空气消毒净化装置，本技术提供的装置将除尘、脱除有机污染物、杀菌消毒等功能集成一体，避免系统多级化，借助等离子体与纳米(光)催化剂原位耦合形成的光、电和界面场间高效协同，可实现空气中有机污染物、致病微
生物，有毒副产物的一步去除。
[0026]2、本技术装置的造价低廉、装配简单，既适用于小型空气净化，也易于扩大应用，装置中的催化剂原位组装形式灵活，便于装置的模块化，装置整体具有能量利用率高、杀菌效果明显、结构紧凑简单、整机体积小等优点。
[0027]3、本技术通过纳米(光)催化剂与等离子体的原位耦合，确保等离子体、催化剂以及空气的充分接触，即实现了放电产生的短寿命活性物种在催化剂表面的充分利用，又利于利用等离子体自发光驱动表面光催化反应，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，其特征在于：包括壳体(1)、电源(5)、连接件(4)以及至少一个催化放电单元，所述连接件(4)和催化放电单元设于所述壳体(1)内，所述连接件(4)与所述壳体(1)连接，所述催化放电单元与所述连接件(4)连接，所述催化放电单元包括相对设置的第一电极组件(2)和第二电极组件(3)，所述第一电极组件(2)和第二电极组件(3)均与所述电源(5)相连，使得所述第一电极组件(2)和第二电极组件(3)之间产生等离子场，所述第一电极组件(2)和第二电极组件(3)之间设有纳米催化剂(7)，所述纳米催化剂(7)设于所述等离子场内，所述壳体(1)上设有进气口和出气口，所述壳体(1)内的气流经过所述等离子场并与所述纳米催化剂(7)接触。2.根据权利要求1所述的一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，其特征在于：所述第一电极组件(2)包括板电极或针电极或网电极，所述第二电极组件(3)包括板电极或针电极或网电极。3.根据权利要求2所述的一种基于等离子体原位耦合纳米催化的空气消毒净化装置，其特征在于：所述第一电极组件(2)为针电极阵列，所述第二电极组件(3)为针电极阵列、电极板或电极网，所述针电极阵列的针间距为毫米级，针长度为毫米级，所述第一电极组件(2)与第二电极组件(3)之间的间距为毫米级，所述网电极的网孔数为20
【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，闫妍，朱益民，李铁，高亚楠，李其玮，
申请(专利权)人：无锡益清空净环保设备有限公司，
类型：新型
国别省市：
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