一种室内污染物室温净化装置及净化的电化学方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及空气净化设备技术领域，具体涉及一种室内污染物室温净化装置及净化的电化学方法和应用，室内污染物室温净化装置包括电化学反应器和风扇；电化学反应器包括阳极催化剂层、离子交换膜和阴极催化剂层，将阳极催化剂层和阴极催化剂层分别复合于离子交换膜的阳极侧和阴极侧，然后将阳极催化剂层和阴极催化剂层通过导线相连。本发明专利技术将阴阳极催化剂层组装在离子交换膜两侧，施加外在电压时，实现气体污染物在阳极氧化分解为CO2和质子，质子通过离子交换膜到达阴极催化剂层进行氧气还原生成水的反应，相比直接催化氧化法具有更高的效率；本发明专利技术的方法和装置处理后的空气污染物浓度大幅降低，可有效净化室内空气。可有效净化室内空气。可有效净化室内空气。

【技术实现步骤摘要】
一种室内污染物室温净化装置及净化的电化学方法和应用


[0001]本专利技术涉及空气净化设备
，具体来说是一种室内污染物室温净化装置及净化的电化学方法和应用。

技术介绍

[0002]室内空气污染物会对人体健康产生不利影响，如眼睛和皮肤过敏，甚至产生致畸、致突变和致癌的严重危害；由于人的一生80％以上的时间是在室内度过的，老年人和婴幼儿等可能有高达95％的时间生活在室内，因此室内污染物的危害其影响人群大、危害面广，逐渐引起社会的广泛关注。常见的室内污染气体有甲醛、甲苯、多环芳烃、CO等，除了采用通风换气的方法外，它们常用的治理方法有吸附法、光催化法、催化氧化法等。其中吸附法便于操作、成本低，但是不能彻底分解污染物，并且对小分子污染物甲醛和CO的吸附效率低，在应用中有许多限制；光催化法、催化氧化法能够直接将气体污染物氧化成无害物质，但上述方法需要外加光源或热源才能产生较高的催化降解效果；因此亟需发展新的高效、温和、成本低的室内气体污染治理方法。
[0003]电化学方法是在外加电压的情况下促进电极反应，常用于水体有机污染物氧化降解，在施加偏压时污染物在阳极被氧化，具有效率高、成本低、无二次污染的优点；然而在气体污染物处理领域电化学方法应用较少，主要原因是离子难以像在溶液中定向移动，实现在阴阳两极之间传递，故无法构成电路循环；因此现有技术中还尚未有通过采用电化学方法进行气体污染物处理的装置，以采用该处理装置实现室内污染物室温净化的目的。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供了一种室内污染物室温净化装置及净化的电化学方法和应用，本专利技术将阴阳极催化剂层组装在离子交换膜两侧，在施加外在电压时，实现气体污染物在阳极氧化分解为CO2和质子，质子通过离子交换膜到达阴极催化剂层进行氧气还原反应，该方法相比直接催化氧化法具有更高的效率；本专利技术提供了一种高效、简便的污染物降解方法和装置，处理后的空气污染物浓度大幅降低，有效净化室内空气。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种室内污染物室温净化装置，包括电化学反应器和两个风扇，所述风扇设置于所述电化学反应器的两侧；
[0007]所述电化学反应器包括阳极催化剂层、离子交换膜和阴极催化剂层，将所述阳极催化剂层复合于所述离子交换膜的阳极侧，将所述阴极催化剂层复合于所述离子交换膜的阴极侧，然后将所述阳极催化剂层和所述阴极催化剂层通过导线相连。
[0008]优选的，所述阳极催化剂层选自过渡金属氧化物、贵金属修饰的氧化物或碳基材料催化剂；
[0009]其中，所述过渡金属氧化物包括但不限于二氧化锰、四氧化三锰、四氧化三钴、三
氧化二铁；
[0010]所述贵金属修饰的氧化物中贵金属选自铂、钯、金、银中的一种；氧化物包括但不限于二氧化钛、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化硅；
[0011]所述碳基材料催化剂包括但不限于铂/碳纳米球、铂/活性炭、氧化锰/碳纤维、碳修饰氧化钴。
[0012]优选的，所述阳极催化剂层与所述离子交换膜复合的方法为：将所述阳极催化剂层涂覆在所述离子交换膜阳极侧，或者将所述阳极催化剂层负载在集流体上并与所述离子交换膜共同进行热压；
[0013]其中，所述集流体选自泡沫镍网、钛网、活性碳网或碳布。
[0014]优选的，所述阴极催化剂层选自氧气还原催化剂，所述氧气还原催化剂包括但不限于铂碳催化剂、四氧化三钴、四氧化三锰、磷化铁。
[0015]优选的，所述阴极催化剂层与所述离子交换膜复合的方法为：将所述阴极催化剂层涂覆在所述离子交换膜阴极侧。
[0016]优选的，所述离子交换膜选自质子交换膜、双极膜、阳离子交换膜中的一种。
[0017]优选的，所述电化学反应器与每个所述风扇之间还设置有垫层，所述垫层包括依次层叠设置的垫片、集流板和夹板，所述电化学反应器夹持于两个所述垫片之间。
[0018]本专利技术还保护了利用室内污染物室温净化装置的净化方法，空气中污染物于所述阳极催化剂层富集，并被氧化分解为CO2和质子，然后在电位差作用下，质子穿过所述离子交换膜转移至所述阴极催化剂层，所述阴极催化剂层上的氧气得电子被还原，并与质子反应生成水；
[0019]所述氧气源自于空气。
[0020]本专利技术还保护了室内污染物室温净化装置在制备空气污染物净化装置中的应用，所述空气污染物为室内污染气体，其包括甲醛、苯、甲苯、多环芳烃、CO。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术公开了一种在能够在室温下高效处理常见室内空气污染物的电化学方法和装置；该方法和装置包括采用氧化污染物的阳极，和还原氧气的阴极组成的电化学系统，阴极和阳极催化剂用离子交换膜分隔；在施加电压条件下，污染物在阳极被催化氧化降解，分解为CO2和质子，质子穿过离子交换膜到达阴极，结合外电路转移来的电子，将氧气还原，构成一个电化学回路；该电化学处理方法具有高效、易于室内使用、无二次污染等特点，具有潜在的应用价值。
[0023]2、本专利技术中在只施加电压的条件下，就能够实现室内空气污染物的高效快速降解，并且便捷实用；克服了现有技术需要外加光源或热源才能产生较高催化降解效果的技术缺陷。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1的室内污染物室温净化装置净化室内空气污染物机理图；
[0025]图2为本专利技术实施例1的室内污染物室温净化装置净化室内空气污染物装置图；
[0026]图3为本专利技术实施例1的室内污染物室温净化装置于不同电压下甲醛去除浓度变化曲线图；
[0027]图4为本专利技术实施例1的室内污染物室温净化装置在施加5V电压时甲醛和CO2浓度变化曲线图。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0029]本专利技术贵金属修饰的氧化物采用浸渍法，浸渍法具体操作为：将贵金属前驱体溶液与氧化物混合搅拌1h，接着在80℃下旋转蒸发出多余的水后，放入120℃烘箱中烘干12h，并继续在400℃马弗炉里煅烧2h，催化剂使用前在5％H2/N2氛围中300℃还原30min；
[0030]其中，贵金属前驱体溶液包括但不限于AuCl4、AgNO3、Pd(NO3)2、H2PtCl6；氧化物包括但不限于二氧化钛、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化硅。
[0031]本专利技术的碳基材料催化剂中铂/碳纳米球、铂/活性炭制备方法均采用浸渍法，同上述合成方法一样；
[0032]氧化锰/碳纤维参考文献(Dai Z,Yu X,Huang C,et al.Nanocrystalline MnO2on an activated carbon fi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室内污染物室温净化装置，其特征在于，包括电化学反应器和两个风扇(5)，所述风扇(5)设置于所述电化学反应器的两侧；所述电化学反应器包括阳极催化剂层(1)、离子交换膜(2)和阴极催化剂层(3)，将所述阳极催化剂层(1)复合于所述离子交换膜(2)的阳极侧，将所述阴极催化剂层(3)复合于所述离子交换膜(2)的阴极侧，然后将所述阳极催化剂层(1)和所述阴极催化剂层(3)通过导线(4)相连。2.根据权利要求1所述的一种室内污染物室温净化装置，其特征在于，所述阳极催化剂层(1)选自过渡金属氧化物、贵金属修饰的氧化物或碳基材料催化剂；其中，所述过渡金属氧化物包括但不限于二氧化锰、四氧化三锰、四氧化三钴、三氧化二铁；所述贵金属修饰的氧化物中贵金属选自铂、钯、金、银中的一种；氧化物包括但不限于二氧化钛、三氧化二铝、二氧化铈、二氧化硅；所述碳基材料催化剂包括但不限于铂/碳纳米球、铂/活性炭、氧化锰/碳纤维、碳修饰氧化钴。3.根据权利要求1所述的一种室内污染物室温净化装置，其特征在于，所述阳极催化剂层(1)与所述离子交换膜(2)复合的方法为：将所述阳极催化剂层(1)涂覆在所述离子交换膜(2)阳极侧，或者将所述阳极催化剂层(1)负载在集流体上并与所述离子交换膜(2)共同进行热压；其中，所述集流体选自泡沫镍网、钛网、活性碳网或碳布。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓河，罗怡平，刘艺航，孙玮研，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：