專利名稱：有機(jī)氣體清除器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機(jī)氣體清除器。
背景技術(shù)：
在造成室內(nèi)空氣污染的污染源中，有機(jī)氣體是主要的污染源之一，如甲 醛、苯等。眾所周知，有機(jī)氣體一般為較高毒性的物質(zhì)，正是因為此類有機(jī) 氣體對人體健康的危害較大，因而，為了有效清除空氣中(尤其是室內(nèi)空氣 中)含有的有機(jī)氣體，人們提出了多種不同的方法。在這些已知的方法中， 主要包括二大類第一是光催化法，該方法利用紫外線激發(fā)光催化劑(如 Ti02)，這種方法的缺點在于需要紫外線的照射，該方法的使用場合受到較 大限制，而且催化效率有限；第二是化學(xué)催化方法，該方法采用加入有機(jī)氣 體清除劑，使有機(jī)氣體與有機(jī)氣體清除劑與直接接觸并發(fā)生反應(yīng)，從而將有 機(jī)氣體消除，這種方法的缺點在于有機(jī)氣體清除劑是不斷消耗的，經(jīng)過一段 時間的使用之后，需要更換新的有機(jī)氣體清除劑，而且有機(jī)氣體清除劑本身 還很可能存在環(huán)保問題。
由于有機(jī)氣體有可能在相當(dāng)長的時間內(nèi)不斷揮發(fā)到空氣之中，因而，需 要一種便于使用、應(yīng)用廣泛且具有長期效果的有機(jī)氣體清除器，從而有效地 清除空氣中的有機(jī)氣體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的清除有機(jī)氣體的方法中應(yīng)用場合有限且 不具有長期效果的缺陷，而提供一種能廣泛應(yīng)用于多種場合且具有長期效果 的有機(jī)氣體清除器。
本發(fā)明提供了一種有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除器包括膜 電極組件和導(dǎo)電元件，所述膜電極組件包括質(zhì)子交換膜和分別設(shè)置在所述質(zhì) 子交換膜兩側(cè)的催化層，所述導(dǎo)電元件的兩個觸點分別與所述膜電極組件的 外層電連接。
當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明提供的有機(jī)氣體清除器時，僅所述膜電極組件的一側(cè) 的空氣中含有有機(jī)氣體，由于導(dǎo)電元件與膜電極組件實際上形成了電路回 路，因而，整個有機(jī)氣體清除器成為正在工作的由質(zhì)子交換膜燃料電池供電 的電路回路，而該燃料電池的燃料正是空氣中存在的有機(jī)氣體。隨著電池的 持續(xù)工作，空氣中的有機(jī)氣體不斷地得以消耗。與現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)氣體清除 器相比，本發(fā)明提供的有機(jī)氣體清除器利用燃料電池的電化學(xué)原理清除空氣 中存有的有機(jī)氣體，而不是利用化學(xué)催化或光催化等其他原理，而且，本發(fā) 明提供的有機(jī)氣體清除器的生成物僅為二氧化碳和水，因而，該有機(jī)氣體清 除器適用于多種場合，如居室內(nèi)、車輛內(nèi)部等，不會對人體產(chǎn)生任何危害， 而且具有長久有效的清除有機(jī)氣體的作用。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)氣體清除器的一個實施方式的截面示意圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)氣體清除器的另一實施方式的示意圖。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明提供的有機(jī)氣體清除器包括膜電極組件和導(dǎo)電元件
4，膜電極組件包括質(zhì)子交換膜1和分別設(shè)置在質(zhì)子交換膜1兩側(cè)的催化層2， 導(dǎo)電元件4的兩個觸點分別與膜電極組件的外層電連接。
當(dāng)使用該有機(jī)氣體清除器時，在確保有機(jī)氣體清除器兩側(cè)的空氣中僅一 側(cè)含有有機(jī)氣體的前提下，使膜電極組件的最外層通過導(dǎo)電元件4電連接，
這樣，整個裝置組成一個完整的由質(zhì)子交換膜燃料電池供電的電路回路，其 中，有機(jī)氣體為所述燃料電池的燃料。在本說明書中，有機(jī)氣體指在常溫常 壓下以氣體狀態(tài)存在的有機(jī)物，如苯、甲醛、甲院等，尤其是對人體有害的 有機(jī)氣體。
在膜電極組件的一側(cè)的空氣中含有有機(jī)氣體，而另一側(cè)中不含有有機(jī)氣 體，這樣，含有有機(jī)氣體的一側(cè)為負(fù)極，不含有有機(jī)氣體的另一側(cè)為正極。
在負(fù)極，空氣中含有的有機(jī)氣體通過催化層2被催化為C02、 H+和e'，反應(yīng) 方程式為HCHO+H20—C02+4H++4e—，然后，產(chǎn)生的H+通過質(zhì)子交換 膜1到達(dá)正極，而e—通過導(dǎo)電元件4也到達(dá)正極，在正極發(fā)生的反應(yīng)為02 +4H++4f—2H20，整個反應(yīng)為HCHO+02—C02+H20。因而，該有機(jī)氣 體清除器可以不斷地消耗空氣中的有機(jī)氣體，而產(chǎn)物僅為C02和H20，不會 對環(huán)境造成污染，同時，也可以隨意應(yīng)用于任意的場合。該有機(jī)氣體清除器 依靠電化學(xué)原理清除有機(jī)氣體而不需要外界功耗，而且本身基本沒有消耗， 因而幾乎不需要維護(hù)且在較長時間內(nèi)都可以發(fā)揮清除有機(jī)氣體的功效。
膜電極組件的質(zhì)子交換膜1和分別設(shè)置在質(zhì)子交換膜1兩側(cè)的催化層2 可以通過用于制造質(zhì)子交換膜燃料電池的通常方法制備，也可以選擇傳統(tǒng)常 用的現(xiàn)有質(zhì)子交換膜和催化層，其中，質(zhì)子交換膜l可以為由含有質(zhì)子導(dǎo)體 的聚合物制成的聚合物膜，如全氟磺酸膜、聚苯乙烯磺酸膜、聚烯烴磺酸膜、 含苯乙烯磺酸單元的嵌段聚合物膜、含苯乙烯磺酸單元的無規(guī)聚合物膜、含 烯烴磺酸單元的嵌段共聚物膜、含烯烴磺酸單元的無規(guī)共聚物膜、含苯磺酸 單元的芳香族聚合物膜、聚苯乙烯烷基磺酸膜、含苯乙烯烷基磺酸單元的嵌 段聚合物膜、含苯乙烯烷基磺酸單元的無規(guī)聚合物膜、聚烯烴烷基磺酸膜、 含烯烴垸基磺酸單元的嵌段聚合物膜、含烯烴烷基磺酸單元的無規(guī)聚合物 膜、含苯垸基磺酸單元的芳香族聚合物膜，或上述聚合物與其他聚合物的共 混膜，以及其他任何允許質(zhì)子通過的材料制成的聚合物膜。催化層2可由用
于催化上述電化學(xué)反應(yīng)的材料制成，催化層2的催化劑可以為貴金屬催化劑 或由該貴金屬與其它非貴金屬所形成的合金催化劑，包括鉑催化劑、釕催 化劑、鈀催化劑、金催化劑、鉑釕合金催化劑、鉑鈀合金催化劑、鉑金合金 催化劑、鉑鐵合金催化劑、鉑鎳合金催化劑、鉑銅合金催化劑、碳載鉑催化 劑、碳載釕催化劑、碳載鈀催化劑、碳載金催化劑、碳載鉑釕合金催化劑、 碳載鉑鈀合金催化劑、碳載鉑金合金催化劑、碳載鉑鐵合金催化劑、碳載鉑 鎳合金催化劑或碳載鉑銅合金催化劑等。
為了對催化層2起到保護(hù)作用，防止催化層2由于受到塵土、熱等不利
因素而影響催化層2的催化活性，在優(yōu)選情況下，所述膜電極組件還包括氣 體擴(kuò)散層3，該氣體擴(kuò)散層3分別設(shè)置在催化層2的外側(cè)。
氣體擴(kuò)散層3由可導(dǎo)電的多孔材料制成，在允許氣體自由流通的同時， 在該材料內(nèi)還可以存貯氣體，從而在該有機(jī)氣體清除器的正常運行過程中滿 足氣體的供應(yīng)。氣體擴(kuò)散層3可以由任何利于氣體流通的材料制成，如碳紙、 碳?xì)帧⑻疾?、泡沫鎳或不銹鋼網(wǎng)等。當(dāng)膜電極組件包括質(zhì)子交換膜1、催化 層2以及氣體擴(kuò)散層3的情況下，導(dǎo)電元件4的兩個觸點分別與氣體擴(kuò)散層 3電連接，從而實現(xiàn)電路的回路。
上述質(zhì)子交換膜1、催化層2以及氣體擴(kuò)散層3的材料和制作方法可以 根據(jù)具體的應(yīng)用場合加以確定。
導(dǎo)電元件4的作用為形成電路的回路，允許電子流過。因而，導(dǎo)電元件 4可以為任意適用于導(dǎo)電的元件，如導(dǎo)線、電阻、電感、滑動變阻器等，能
實現(xiàn)電子的流動，形成電流即可。
如果膜電極組件的最外層為氣體擴(kuò)散層3，由于氣體擴(kuò)散層3由多孔材 料制成，因而，氣體擴(kuò)散層3的強(qiáng)度有限，為了提高氣體擴(kuò)散層3的強(qiáng)度， 從而提高整個有機(jī)氣體清除器的強(qiáng)度，在優(yōu)選情況下，所述有機(jī)氣體清除器 還包括殼體，該殼體將膜電極組件封裝，或者封裝膜電極組件與導(dǎo)電元件4，
所述殼體上設(shè)置有用于流通氣體的孔。
所述殼體可以由任意具有足夠強(qiáng)度的材料制成，如鋁合金、塑料等。該 殼體具有適于容納所述有機(jī)氣體清除器的形狀，例如，膜電極組件主要構(gòu)成
有機(jī)氣體清除器的基本形狀，可以為任意的合適形狀，如正方形、長方形、 圓形或橢圓形等,則殼體也可以為正方體、長方體、圓柱或橢圓柱等。
導(dǎo)電組件4可以選擇設(shè)置在殼體內(nèi)，也可以設(shè)置在殼體之外，可以由設(shè) 計人員根據(jù)具體的應(yīng)用場合加以選擇確定。所述殼體上設(shè)置的孔用于允許氣 體自由流通，這樣，在所述有機(jī)氣體清除器的一側(cè)，含有有機(jī)氣體的空氣可 以自由與空氣擴(kuò)散層接觸，并通過該側(cè)的催化層將空氣中含有的有機(jī)氣體催 化；在另一側(cè)，不含有有機(jī)氣體的空氣可以自由地與該側(cè)的空氣擴(kuò)散層接觸， 從而發(fā)生上述電化學(xué)反應(yīng)。
如圖1和圖2所示，有機(jī)氣體清除器還包括有固定裝置5，所述固定裝 置5固定設(shè)置在所述膜電極組件的周沿，并將所述膜電極組件兩側(cè)的空間隔 斷，從而使僅所述膜電極組件的一側(cè)的空間內(nèi)含有有機(jī)氣體。
固定裝置5用于固定膜電極組件，從而保持整個有機(jī)氣體清除器位于合 理的工作位置，從而更好的發(fā)揮清除有機(jī)氣體的功效。固定裝置5的另一作 用是，將有機(jī)氣體清除器的膜電極組件兩側(cè)的空間隔斷，從而保持膜電極組 件兩側(cè)的空氣中具有不同的成份，具體而言，膜電極組件的一側(cè)含有有機(jī)氣 體，而另一側(cè)不含有有機(jī)氣體。
根據(jù)有機(jī)氣體清除器的一個實施方式，如圖1所示，固定裝置5為鑲嵌 在門、窗或墻壁中的框架，所述膜電極組件一側(cè)為室內(nèi)空間，另一側(cè)為室外 空間。在該實施方式中，膜電極組件通過框架固定，而框架鑲嵌在室內(nèi)的門、 窗或墻壁中，這樣，自然地，在有機(jī)氣體清除器一側(cè)為室內(nèi)空氣(含有有機(jī) 氣體)，而另一側(cè)為室外空氣(不含有機(jī)氣體)。在該情況下，通過該有機(jī)氣 體清除器，室內(nèi)空氣中含有的有機(jī)氣體不斷地消耗掉，從而起到凈化室內(nèi)空
氣的作用。
當(dāng)該有機(jī)氣體清除器設(shè)置在窗戶或墻壁時，有機(jī)氣體清除器的一側(cè)必然 朝向室內(nèi)，為了使該有機(jī)氣體清除器具有較好的外觀，在優(yōu)選情況下，膜電
極組件朝向室內(nèi)的側(cè)面為具有裝飾圖案的形狀，從而起到美化作用。例如， 膜電極組件朝向室內(nèi)的側(cè)面上可以形成有壁畫、色板等。因而，在所述有機(jī) 氣體清除器在給與人們美的享受的同時，還可以悄無聲息地發(fā)揮著清除室內(nèi) 有機(jī)氣體，凈化室內(nèi)空氣的作用。
如圖2所示為有機(jī)氣體清除器的另一種實施方式。在該實施方式中，固 定裝置5為具有開口 6的容器7，該有機(jī)氣體清除器的膜電極組件設(shè)置在該
容器7的開口 6內(nèi)，將所述容器7的開口 6密封并使得所述容器7內(nèi)部留有 空間11，從而使容器7內(nèi)部的空間11與外部空間隔絕起來。
在該有機(jī)氣體清除器中，膜電極組件朝向外部空間的一側(cè)發(fā)生的反應(yīng) 為HCHO+H20—C02+4H++4e—，膜電極組件朝向容器7內(nèi)部的一側(cè)發(fā)生 的反應(yīng)為02 + 4H+ + 4e-—2H20，從而完成電化學(xué)反應(yīng)，不斷消耗容器7 外部空間含有的有機(jī)氣體。
由于在濕度較大的情況下，上述電化學(xué)反應(yīng)更為容易進(jìn)行，從而使該有 機(jī)氣體清除器具有更強(qiáng)的清除效果，因而，在優(yōu)選情況下，在容器7內(nèi)盛放 有適量的水8，從而保持容器7內(nèi)空間11的空氣具有足夠的相對濕度。優(yōu)選 為90%以上。當(dāng)該實施方式的有機(jī)氣體清除器使用一段時間之后，由于容器 7內(nèi)空間的空氣中消耗了部分氧氣，容易使該空間的空氣內(nèi)氧氣不足，從而 不利于有機(jī)氣體清除器繼續(xù)發(fā)揮作用，同時，水隨著揮發(fā)和消耗，也會減少， 不利于保持容器7內(nèi)部空間的空氣具有較高的濕度。
為了克服上述問題，在優(yōu)選情況下，所述容器7內(nèi)盛有水8，在容器7 內(nèi)部空間11的側(cè)壁上設(shè)置有孔10，該孔10由蓋9可拆卸地密封。
由于孔10的存在，當(dāng)有機(jī)氣體清除器正常工作時，可以用蓋9將孔10
封住，從而使容器7內(nèi)部形成相對封閉的空間；而當(dāng)經(jīng)過一段時間之后，容 器7內(nèi)部空間的氧氣水平下降且該空間內(nèi)部空氣的濕度水平也下降，此時，
可以將蓋9取下，向容器7內(nèi)部空間通風(fēng)或通入氧氣，并補充水，從而使容 器7內(nèi)部空間內(nèi)具有足夠的氧氣，濕度水平也上升到適宜有機(jī)氣體清除器發(fā)
生電化學(xué)反應(yīng)的水平。
該實施方式的有機(jī)氣體清除器體積較小，而且具有可移動性，適用于放 置在有限的移動空間中，如車輛內(nèi)部等。
為了進(jìn)一步有利于上述電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，在優(yōu)選情況下，所述有機(jī)氣 體清除器還包括加濕裝置和加熱裝置。
一般情況下，由于有機(jī)氣體在負(fù)極通過催化層3與水發(fā)生反應(yīng)(HCHO +H20—C02+4H++4e—)，因而，在負(fù)極附近空氣中含有的水份含量會不斷 下降，如果下降到較低的水平，則不利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，甚至使電化學(xué) 反應(yīng)停止。因而，在優(yōu)選情況下，所述有機(jī)氣體清除器還包括有加濕裝置， 用于向該有機(jī)氣體清除器的至少一側(cè)供應(yīng)水蒸氣，優(yōu)選向消耗水份較多的負(fù) 極供應(yīng)水蒸氣。
該加濕裝置可以為加濕器、盛有水的容器或供應(yīng)水蒸氣的管道等，只要 能實現(xiàn)水蒸氣的供給即可。加濕裝置可以設(shè)置在所述有機(jī)氣體清除器的外 部，也可以設(shè)置在所述有機(jī)氣體清除器殼體內(nèi)，實現(xiàn)向有機(jī)氣體清除器的膜 電極組件的一側(cè)供應(yīng)水份即可。
當(dāng)溫度較低時，如冬天的季節(jié)中，為了有利于上述電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行， 在優(yōu)選情況下，所述有機(jī)氣體清除器還包括有加熱裝置。該加熱裝置可以為 電爐或炭爐，以能提高所述有機(jī)氣體清除器的周圍溫度即可，優(yōu)選為提高有 機(jī)氣體清除器的膜電極組件的溫度，從而有利于電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。 一般情 況下，加熱裝置設(shè)置在有機(jī)氣體清除器的外部，從而可以對該有機(jī)氣體清除 器的整體進(jìn)行加熱。
按照本發(fā)明提供的有機(jī)氣體清除器，只要通過導(dǎo)電元件4形成電路回路， 且僅所述膜電極組件的一側(cè)的空氣中含有有機(jī)氣體，就會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)， 從而不斷消耗膜電極組件一側(cè)的空氣中的有機(jī)氣體。
權(quán)利要求
1. 一種有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除器包括膜電極組件和導(dǎo)電元件(4)，所述膜電極組件包括質(zhì)子交換膜(1)和分別設(shè)置在所述質(zhì)子交換膜(1)兩側(cè)的催化層(2)，所述導(dǎo)電元件(4)的兩個觸點分別與所述膜電極組件的兩側(cè)的外層電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述膜電極組件還 包括分別設(shè)置在所述催化層(2)外側(cè)的氣體擴(kuò)散層(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述質(zhì)子交換膜(1) 是由含有質(zhì)子導(dǎo)體的聚合物制成聚合物膜，該聚合物膜選自全氟磺酸膜、 聚苯乙烯磺酸膜、聚烯烴磺酸膜、含苯乙烯磺酸單元的嵌段聚合物膜、含苯 乙烯磺酸單元的無規(guī)聚合物膜、含烯烴磺酸單元的嵌段共聚物膜、含烯烴磺 酸單元的無規(guī)共聚物膜、含苯磺酸單元的芳香族聚合物膜、聚苯乙烯烷基磺 酸膜、含苯乙烯烷基磺酸單元的嵌段聚合物膜、含苯乙烯烷基磺酸單元的無 規(guī)聚合物膜、聚烯烴烷基磺酸膜、含烯烴烷基磺酸單元的嵌段聚合物膜、含 烯烴烷基磺酸單元的無規(guī)聚合物膜、含苯垸基磺酸單元的芳香族聚合物膜， 以及上述聚合物與其他聚合物的共混膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述催化層(2)中 的催化劑為貴金屬催化劑或者由貴金屬與其它非貴金屬所形成的合金催化 劑，包括鉑催化劑、釕催化劑、鈀催化劑、金催化劑、鉑釕合金催化劑、 鉑鈀合金催化劑、鉑金合金催化劑、鉑鐵合金催化劑、鉑鎳合金催化劑、鉑 銅合金催化劑、碳載鉑催化劑、碳載釕催化劑、碳載鈀催化劑、碳載金催化 劑、碳載鉑釕合金催化劑、碳載鉑鈀合金催化劑、碳載鉑金合金催化劑、碳 載鉑鐵合金催化劑、碳載鉑鎳合金催化劑、或碳載鉑銅合金催化劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述氣體擴(kuò)散層(3) 由可導(dǎo)電的多孔材料制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述氣體擴(kuò)散層G) 為碳紙、碳?xì)?、碳布、泡沫鎳或不銹鋼網(wǎng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述導(dǎo)電元件(4) 為導(dǎo)線、電阻或滑動變阻器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除 器還包括殼體，該殼體封裝膜電極組件或者封裝膜電極組件和導(dǎo)電元件(4)， 所述殼體上設(shè)置有用于流通氣體的孔。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除 器還包括固定裝置(5)，該固定裝置(5)固定設(shè)置在所述膜電極組件的周 沿并使得所述膜電極組件兩側(cè)的空氣被隔斷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述固定裝置(5) 為鑲嵌在門、窗或墻壁上的框架。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的有機(jī)氣體清除器，其特征在于，所述固定裝 置(5)為具有開口 (6)的容器(7)，所述有機(jī)氣體清除器的膜電極組件將 所述容器(7)的開口 (6)密封并使得所述容器(7)內(nèi)部留有空間(11)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的有機(jī)氣體清除器，其特征在于，在所述容 器(7)的所述空間(11)內(nèi)盛有水(8)，在容器(7)的所述空間(11)的 側(cè)壁上設(shè)置有由蓋(9)封閉的孔(10)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除器還包括加濕裝置，用于向所述膜電極組件的至少一側(cè)供應(yīng)水蒸氣。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除 器還包括加熱裝置，用于提高所述膜電極組件的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種有機(jī)氣體清除器，其中，所述有機(jī)氣體清除器包括膜電極組件和導(dǎo)電元件，所述膜電極組件包括質(zhì)子交換膜和分別設(shè)置在所述質(zhì)子交換膜兩側(cè)的催化層，所述導(dǎo)電元件的兩個觸點分別與所述膜電極組件的兩側(cè)的外層電連接。按照本發(fā)明提供的有機(jī)氣體清除器，當(dāng)空氣中存在有有機(jī)氣體時，由于導(dǎo)電元件與膜電極組件實際上形成了電路回路，因而，整個有機(jī)氣體清除器成為由質(zhì)子交換膜燃料電池供電的電路回路，而該燃料電池的燃料正是空氣中存在的有機(jī)氣體。隨著電化學(xué)反應(yīng)的持續(xù)，空氣中的有機(jī)氣體不斷地得以消耗。
文檔編號B01D53/72GK101380542SQ200710146329
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者楊新勝, 王傳福, 董俊卿 申請人:比亞迪股份有限公司