專利名稱：一種空氣凈化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污染空氣的凈化工藝，用于消除空氣中污染物，特別是揮發(fā)性有機污染物和一氧化碳等，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
室內(nèi)空氣中存在多種化學(xué)污染物，其來源主要有油漆、膠粘劑、地毯、織物、化妝品、防蛀劑、空氣清新劑、干洗的衣物等，比較常見且危害較大的有人造板材中揮發(fā)出的甲醛、家具中揮發(fā)出的油漆溶劑甲苯、地墊中揮發(fā)的氯乙烯等。目前，室內(nèi)空氣中已檢出350種不同的揮發(fā)性有機化合物，種類有脂肪烴、鹵代烴、芳香烴、醇、醛、酮、酯等，其中主要的污染物為甲醛、苯、甲苯、氟里昂類化合物、氯仿等一些特殊的室內(nèi)環(huán)境，如潛艇、太空艙、大型機房、人防工事中，與外界的通風(fēng)受到嚴格限制或根本不可能通風(fēng)，內(nèi)部機器運行、人員生活等產(chǎn)生的污染物會逐漸積累，例如，對潛艇艙室空氣進行分析發(fā)現(xiàn)了近400種有機污染物，包括多種類別，如脂肪烴、芳香烴、萘及其同系物、茚及其同系物、鹵代烴、含氮化合物、醇類、醛類、酮類、有機酸、酯類、醚類等種，而且隨檢測技術(shù)的發(fā)展，污染物的種類不斷增加。潛艇空氣中還含有小分子可燃性氣體，如氫氣、甲烷、乙烯等。
室內(nèi)化學(xué)污染物對人體健康產(chǎn)生危害，即使低濃度的VOCs亦會導(dǎo)致急慢性病的發(fā)生，苯、甲醛、三氯乙烷、三氯乙烯、多氯聯(lián)苯(PCB)已被確認為致癌物。潛艇內(nèi)部的污染物如果不進行凈化，會嚴重影響其內(nèi)部工作人員的身體健康，影響艇員的戰(zhàn)斗力，氫氣濃度過高會引起爆炸，危害潛艇的安全。
吸附法是目前廣泛應(yīng)用的室內(nèi)空氣凈化方法，活性炭類吸附劑具有廣譜、高效、吸附容量大的特點，應(yīng)用于居室、辦公室等內(nèi)部的空氣凈化，也應(yīng)用于芯片車間、潛艇工作艙、航天器座艙等特殊的室內(nèi)環(huán)境的空氣凈化。吸附法的主要缺點是不能徹底消除污染物，吸附飽和后即失效，需要定期更換吸附材料。吸附法不能除去甲烷、乙烯、一氧化碳、氫氣等小分子污染物，對甲醛的去除效果也很差。
對于甲烷、乙烯、一氧化碳、氫氣等小分子污染物，潛艇、長期航天器(空間站)等特殊環(huán)境中都采用催化燃燒技術(shù)進行控制，催化燃燒床的工作溫度高，風(fēng)量大，對室內(nèi)環(huán)境影響較大，需要熱交換設(shè)備對排出氣降溫，熱交換設(shè)備占用寶貴的艙室內(nèi)部空間。氟里昂類化合物分解產(chǎn)生氯化氫、氟化氫等腐蝕性氣體，對艙室污染嚴重，需要附加吸收裝置。
在清華大學(xué)申請的發(fā)明專利(申請?zhí)?3149785.3)中，提到了一種真空紫外光催化凈化空氣和水的裝置，光源能發(fā)出253.7nm紫外線及少量的185nm紫外線，其中253.7nm的紫外線用于光催化消除污染物。185nm紫外線分解空氣中的水蒸氣產(chǎn)生強氧化性的羥基自由基，羥基自由基可以氧化分解絕大多數(shù)有機污染物，并能把一氧化碳氧化為二氧化碳，氫氣氧化為水；185nm紫外線還能分解空氣中的氧氣從而產(chǎn)生臭氧，進一步提高光催化反應(yīng)的效率；185nm紫外線還可以直接使污染物光降解。因此，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以取代吸附與催化氧化的作用，而且常溫常壓下進行，比催化氧化有明顯的優(yōu)勢。
但是，真空紫外光催化技術(shù)也有其不足之處它對濃度較高的有機污染物的去除效率明顯低于吸附法；有些有機污染物雖然降解了，但并沒有徹底分解為水和二氧化碳等無機物質(zhì)，而是形成半降解產(chǎn)物，這類產(chǎn)物的毒性可能比污染物本身更大；從真空紫外光催化裝置中排出的空氣中臭氧濃度可能超標(biāo)；氟里昂類化合物或鹵代烴光解后產(chǎn)生氟化氫、光氣、氯氣等毒性很強的物質(zhì)，如氯乙烯在真空紫外燈的照射下幾秒鐘后就能產(chǎn)生微量氯氣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服真空紫外光催化技術(shù)產(chǎn)生二次污染的缺點，并提高空氣中污染物的去除效率，本發(fā)明提出了一種新的空氣凈化工藝，其特征在于，該工藝依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解—光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層，進一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達到深度凈化空氣的目的。
所述的多功能床層裝填有負載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
本發(fā)明中所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
本發(fā)明工藝結(jié)構(gòu)簡單，空氣中污染物的去除是在常溫常壓下進行的，不需要復(fù)雜的換熱設(shè)備；可以同時脫除揮發(fā)性有機污染物和一氧化碳等，兼具吸附和催化氧化的優(yōu)點。該工藝能克服真空紫外光催化裝置產(chǎn)生的二次污染問題，利用臭氧與吸附的污染物反應(yīng)，在消除部分臭氧的同時，延長床層的使用壽命，提高了污染物的去除效率，具有重要的實際應(yīng)用價值。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為去除甲苯的實驗效果圖。
圖3為去除臭氧的實驗效果圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明所述空氣凈化工藝，依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層10，以去除其中的顆粒物；過濾層10可以選用無紡布、HEPA等常用的過濾材料；然后，讓過濾后的空氣通過光解—光催化室20，初步降解其中的污染物；光解—光催化室20中設(shè)有低壓汞燈30，它的進風(fēng)口和出風(fēng)口都覆蓋有負載了光催化劑的金屬絲網(wǎng)，內(nèi)壁涂有光催化劑；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層40，進一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達到深度凈化空氣的目的；所述的多功能床層裝填有負載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
本發(fā)明中所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
多功能床層具有以下3種功能(1)吸附功能?；钚蕴款愇絼τ袡C物的脫除效率高，可以脫除氣流中未被降解污染物，對氯氣也有很好的脫除作用，為了強化對氟化氫等酸性氣體的脫除作用，活性炭類吸附劑可負載有氫氧化鋰，氫氧化鈉，氫氧化鉀，碳酸鋰，碳酸鈉，碳酸鉀等堿性物質(zhì)中的一種或多種。(2)分解臭氧功能?；钚蕴繉Τ粞跤蟹纸庾饔?，為了強化這種作用，使活性炭負載了活性二氧化錳。(3)催化氧化功能。以臭氧為氧化劑，在催化劑的作用下，氧化分解被床層吸附的有機污染物，達到分解臭氧和降解污染物的雙重目的，催化劑為負載的貴金屬鈀或鉑，或氧化銅和氧化錳的混晶，或其它氧化物，如鈷、鉻、鎳的氧化物等。多功能床層中的填料可以分層裝填，使氣流先經(jīng)過浸漬了堿性物質(zhì)的吸附劑，以避免酸性氣體對催化劑的破壞。
活性炭類吸附劑負載鉑或鈀、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或多種的方法可采用現(xiàn)有技術(shù)。下面主要說明一下活性炭類吸附劑負載二氧化錳及鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物活性組分的方法(以氧化銅為例)用去離子水配制錳離子濃度為0.15M的醋酸錳溶液1000ml，全部噴涂于100g活性炭纖維氈上，于常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時，然后浸入2000ml 4％的氨水中，約10min后取出，瀝去多余的氨水溶液，常溫下晾干，然后于80-100攝氏度烘干2小時后備用。然后，用2000ml的3％雙氧水浸泡負載了錳的活性炭纖維氈10分鐘左右，再用去離子水配制銅離子濃度為0.05M的硝酸銅溶液1000ml，全部噴涂于已負載了錳的活性炭纖維氈上，于常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時，然后浸入2000ml 0.5％的碳酸鈉溶液中，約10min后取出，瀝去多余的碳酸鈉溶液，常溫下晾干，80-100攝氏度下烘干2小時，然后用去離子水淋洗至接近中性，常溫下晾干，氮氣流保護下于400攝氏度焙燒2小時，得到負載了二氧化錳和氧化銅的活性炭類吸附劑。
利用本發(fā)明所述工藝降解空氣中的甲苯的實驗如下讓含有甲苯的污染空氣(流量為15L/min，甲苯濃度7.6mg/m3，氣流的相對濕度8％，溫度25℃)通過無紡布過濾層，然后通入一個直徑64mm、高500mm的圓柱型的光解—光催化室，在光解—光催化室的中心放置一支10W的低壓汞燈，緊貼光解—光催化室的內(nèi)壁放置一層負載二氧化鈦光催化劑18目不銹鋼網(wǎng)。經(jīng)過初步凈化的空氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線1。
上述經(jīng)過初步凈化的空氣通入吸附—分解臭氧—催化氧化多功能床層，床層中裝填有負載了二氧化錳和氧化銅混晶的活性炭纖維氈，床層厚度約0.6cm，直徑4cm。尾氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線2。
其它實驗條件相同，如果上述經(jīng)過初步凈化的空氣通入未負載催化劑的活性炭纖維床層，尾氣中甲苯的濃度如圖2中的變化曲線3。
由圖2可知，含有甲苯的空氣經(jīng)過光解—光催化室后，甲苯濃度降為6mg/m3，去除率為20％左右，再經(jīng)過活性炭纖維床層，1300min后吸附達到飽和，甲苯濃度也為6mg/m3，說明活性炭纖維床層只具有吸附作用，吸附飽和后失效。而光解—光催化室后尾氣通入多功能床層，2000min后吸附達到飽和，尾氣中甲苯濃度為4.9mg/m3，去除率為35％，吸附飽和后仍有去除甲苯的作用。用描述床層吸附的Wheeler計算活性炭纖維床層的飽和吸附容量為180.6mg/g(甲苯/吸附劑)，而多功能床層的飽和吸附容量為255.6mg/g，比活性炭纖維床層多41.5％。
如圖3中曲線4所示，含有甲苯的空氣經(jīng)過光解—光催化室后，臭氧濃度為20mg/m3左右。如果用活性炭纖維床層對臭氧進行脫除，1300min后吸附達到飽和，尾氣中臭氧濃度為17.6mg/m3，如圖3中曲線5所示，說明吸附飽和后仍有脫除臭氧的能力。如果用多功能床層對臭氧進行脫除，1800min后吸附達到飽和，尾氣中臭氧濃度為16.8mg/m3，如如圖3中曲線6所示。用Wheeler計算活性炭纖維床層的飽和吸附容量為527.6mg/g(臭氧/吸附劑)，而多功能床層的飽和吸附容量為763.0mg/g。
如果空氣中不含有甲苯，即沒有甲苯的競爭吸附，則多功能床層對臭氧的分解能力可維持不變(臭氧濃度在700min處上升是因為濕度增加到了36％)，如圖3中曲線7所示。
在實驗中，考慮到時間問題，多功能床層的厚度只用了0.6cm。在實際應(yīng)用中，可增加多功能床層的厚度，以達到更好的空氣凈化效果。
權(quán)利要求
1.一種空氣凈化工藝，其特征在于，該工藝依次包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解-光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附-分解臭氧-催化氧化多功能床層，進一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達到深度凈化空氣的目的，所述的多功能床層裝填有負載二氧化錳與下述物質(zhì)中的一種或多種的活性炭類吸附劑，1)貴金屬鉑或鈀，2)鈷、鉻、銅、鎳元素的氧化物，3)碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈉或氫氧化鉀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化工藝，其特征在于所述活性炭類吸附劑包括煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭或活性炭纖維。
全文摘要
一種空氣凈化工藝，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。為了克服真空紫外光催化技術(shù)產(chǎn)生二次污染的缺點，并提高空氣中污染物的去除效率，本發(fā)明提出了一種新的空氣凈化工藝，包括如下步驟首先，讓被污染的空氣通過過濾層，以去除其中的顆粒物；然后，讓過濾后的空氣通過內(nèi)壁涂有光催化劑的光解－光催化室，初步降解其中的污染物；最后，讓上述經(jīng)過初步凈化的空氣通過吸附－分解臭氧－催化氧化多功能床層，進一步脫除污染物，并分解其中的臭氧，達到深度凈化空氣的目的。該工藝能克服真空紫外光催化裝置產(chǎn)生的二次污染問題，利用臭氧與吸附的污染物反應(yīng)，在消除部分臭氧的同時，延長床層的使用壽命，提高了污染物的去除效率，具有重要的實際應(yīng)用價值。
文檔編號F24F3/16GK1657142SQ20041000999
公開日2005年8月24日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者張彭義, 張忠良, 張麗, 余剛, 劉棟 申請人:清華大學(xué)