一种基于原位光催化氧化和臭氧化的空气净化系统，该系统包括单个多功能基于TiO2的涂层，其具有在足够的臭氧供应和UV照射存在下用于氧化的光催化活性，以在环境条件下协同氧化气体污染物。还公开了用于去除气体污染物的方法，所述方法使用臭氧和UV照射，以在基于TiO2的涂层存在下同时活化光催化氧化，从而在5分钟内去除高达约84％的气体污染物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于原位光催化氧化和臭氧化的空气净化系统和方法。具体而言，本专利技术涉及包括增强的多功能涂层的系统及其方法，所述多功能涂层在足够的臭氧供应和UV照射存在下具有光催化活性以去除气体污染物。
技术介绍
整合有吸附床以去除气体污染物的常规空气净化器通常是寿命短且不可再生的。这意味着需要定期更换吸附床。Obee等(US6，358，374)公开了整合的空气净化系统，包括催化剂床、UV源和可再生吸附床以发挥光催化氧化活性。其向此种系统应用了Langmuir-Hinshelwood动力学概念,使得氧化速率得以改善，甚至对于相对低水平气体污染物也是如此。然而，’374系统需要额外的热以便将捕获的污染物从可再生的吸附床上释放到固定体积的腔室中。另一个缺点是，本系统中基于二氧化钛的催化剂的氧化速率受污染物种类、每一种被吸附的污染物的量和吸附的污染物从吸附床释放的速率限制。即使吸附的污染物达到了触发吸附床再生循环的饱和水平，它也不能提供连续的空气净化系统。Bohlen等(US2011/0033346A1)还公开了空气净化器中的空气净化器通道，其具有通过UV-A照射活化的光催化氧化基底。基底分别包括VOC分解催化剂、臭氧分解催化剂和氧化钛三种涂层。虽然基底具有不同功能的不同涂层，但是气体污染物的光催化氧化和臭氧分解的效率受到每一涂层与相应气体污染物或臭氧的接触面的限制。气流应通过基底的三个涂层以去除气体污染物和过量臭氧，因此，本领域需要具有至少光催化氧化和臭氧分解活性以及用于空气净化系统的大的接触表面积的单个多功能涂层。
技术实现思路
本专利技术的第一方面涉及用于去除气体污染物的系统，包括用于氧化气体污染物的增强的多功能涂层。涂层包括用于在足够臭氧供应存在下增强气体污染物的光催化氧化的单个基于二氧化钛(TiO2)的催化剂。在示例性的实施方案中，基于TiO2的涂层包括许多具有2-20nm孔大小的中孔结构以便增加催化剂的总表面积(即接触表面)。紫外线照射源也整合入系统中以活化TiO2的光催化特性，从而在足够臭氧供应存在下进行有效氧化。基于TiO2的涂层可以在UV光线照射下被同时活化。过量的臭氧在纯化的气体从系统排出之前被同一多功能涂层消除。本专利技术的第二方面涉及用于去除室内环境气体或者来自另一来源诸如工业排出源的气体中气体污染物的方法。所述方法包括将污染的气体通过包含一团随机排列的玻璃纤维的第一过滤器以去除微粒。然后将过滤的气体在混合器室与臭氧混合。然后将过滤气体与臭氧的混合物通过将混合的气体经过包括增强多功能涂层的第二过滤器而氧化。在UV照射下，基于二氧化钛的涂层的光催化特性然后被活化以增强在足够臭氧供应存在下的氧化。同时，混合气体中的过量臭氧在纯化气体被排出之前被吸附在多功能涂层表面上。然后所吸附的臭氧被原位消除以避免氧化后向环境中的任何泄漏。纯化的气体之后被排放到例如纯化系统所在空间中或者排放到大气中。 本专利技术的系统和方法分别在环境条件下，即室温、大气压和相对湿度下运行和实施。在连续气体流下运行5分钟内，污染物去除率为从至少82%至大约84%。可去除的气体污染物包括但不限于N0x、S02、H2S、甲醒、NH3。除了气体污染物，挥发性有机化合物(VOC)和有机气味也可通过本专利技术的系统和方法去除。附图说明图I是根据本专利技术用于去除气体污染物的系统的示意图。图2是不同条件⑴仅UV照射；(ii)仅臭氧；(iii) UV照射与臭氧组合下，一氧化氮(NO)清除速率(2A)与二氧化氮(NO2)产生速率(2B)的比较。图3A是通过BET表面分析的中孔TiO2薄膜的孔大小分布。图3B是泡沫陶瓷过滤器上中孔TiO2薄膜的TEM图像。具体实施例方式图I图解了本专利技术的空气净化系统10，用于通过使用增强的光催化涂层和臭氧预处理一起有效去除源15中的气体污染物。在示例性的实施方案中，系统10包括用于去除相对大的悬浮颗粒诸如粉尘颗粒的第一过滤器20。第一过滤器20可以是任何已知的机械或静电过滤器或其组合以去除一种或多种大的悬浮颗粒诸如微粒。在示例性的实施方案中，该系统还与臭氧发生器30连接以向系统提供足够的臭氧气体。在一个实施方案中，臭氧发生器可以是通过连接管与系统连接的外部单元。在另一个实施方案中，臭氧发生器可以整合入系统中。臭氧发生器可以是臭氧灯、电离器、等离子体放电装置或可以产生臭氧的任何装置。产生臭氧气体的机制典型地包括将大气氧(O2)分子电离成为臭氧分子(O3)。任选地，由臭氧发生器产生的臭氧气体之后，使用零级空气发生器稀释臭氧气体以便提供最佳的臭氧浓度。臭氧是可以使挥发性有机化合物(VOC)失效的强力氧化剂，并且还是破坏或裂解微生物诸如细菌的抗微生物剂。臭氧还可以去除气体气味。在示例性的实施方案中，系统还包括混合器室35，用于接收来自第一过滤器20的过滤的气体并混合来自臭氧发生器30的臭氧气体。将过滤的气体与臭氧气体混合的主要目的是提供足够的臭氧源用于在包括本专利技术基于TiO2的多功能涂层的第二过滤器40中氧化。在优选的实施方案中，臭氧气体的浓度为大约5ppm并且在混合室35中混合臭氧气体与污染气体的保持时间是大约20秒。混合室35优选由不锈钢制成以避免内接触面被臭氧气体进行的任何氧化。混合室35还优选整合有混合器室风扇37,风扇以大约600rpm旋转以促进臭氧气体与污染气体在混合室35内混合。通过一端与混合室35连接并且另一端与第二过滤器40连接的流量计32，进一步监测混合气体从混合室35向第二过滤器40的流速。混合器室35中的臭氧还可以在通入第二过滤器40之前进行最小限度的气体污染物氧化。过量的臭氧将被第二过滤器40在较后阶段被同一涂层的表面光催化反应原位消除。取决于空气净化系统10的总体配置，多个风扇诸如混合器室风扇37可以放置在遍布系统10的位置，以便使污染的空气以合适的体积有效通过系统10，以促进污染物去除。类似地，可以将一个以上的流量计32放置在遍布系统10内的不同位置以监测不同气体的流速。在过滤的气体与臭氧气体在混合器室35中混合之后，混合的气体通过流量计32流入整合有基于二氧化钛(TiO2)的单层光催化涂层的第二过滤器40中。在示例性的实施方案中，基于TiO2的涂层包括二氧化钛并且任选地包括选自Ti、Zn、Cu、La、Mo、W、V、Se、Ba、Ce、Sn、Fe、Mg或Al的一种或更多种金属和/或其合金和/或氧化物。基于TiO2的涂层的光催化特性被来自具有500 μ ff/cm2强度的UVA光管45的照射活化。该UVA光源可以是UV光灯泡、UV LED或可发射从320nm至400nm、更优选365nm波长UV照射的任何光源。基于TiO2的涂层在足够臭氧供应和UV照射存在下活化气体污染物的第二次氧化。涂层的另一功能是消除过多的臭氧，因为此种涂层还具有分解臭氧的活性。过量臭氧的原位消除可避 免这些活性分子连同纯化气体一起泄漏。在经过第二过滤器40之后，纯化的气体即可通过排气装置50排放回收集污染气体的同一室内环境中或者另一环境中诸如另一封闭环境或大气中。本专利技术的用于去除气体污染物的方法遵照如图I中所述系统的基本上相似的工作流程。然而，应当理解，根据本专利技术方法，该系统中可导致相同技术效果的任何修改将落入本专利技术的范围内。在示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：何咏基，黄建辉，
申请(专利权)人：纳米及先进材料研发院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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