專利名稱：一種管狀光催化空氣凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光催化空氣凈化領(lǐng)域，特別涉及一種管狀光催化空氣凈化器。
背景技術(shù)：
由于建筑涂料、裝飾材料的廣泛使用，使得室內(nèi)空氣中的甲醛、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度過高，危害人體健康。半導(dǎo)體型光催化材料不僅能夠有效凈化各種揮發(fā)性有機(jī)化合物，并且具有良好的殺菌和抑制病毒活性的能力，還不會(huì)產(chǎn)生危害人體健康的中間產(chǎn)物，在環(huán)境治理和能源開發(fā)方面?zhèn)涫荜P(guān)注。尤其是TiO2光催化材料，不僅具有反應(yīng)條件溫和、催化活性高、降解無選擇性、廉價(jià)、無毒且可重復(fù)利用的特性，其所需的設(shè)備也具有結(jié)構(gòu)簡單、操作條件容易控制的優(yōu)點(diǎn)。把TiO2光催化材料附著在管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁，在紫外光照射下，TiO2會(huì)產(chǎn)生光生空穴-電子對，空穴具有極強(qiáng)的氧化能力，電子具有極強(qiáng)的還原能力，能有效的將流經(jīng)TiO2表面的氣體污染物分解成CO2和水蒸氣，最終達(dá)到凈化空氣的目的。光催化反應(yīng)器是研究光催化反應(yīng)機(jī)理和催化劑活性的重要設(shè)備，但目前光催化反應(yīng)器的有效設(shè)計(jì)一直制約著光催化技術(shù)在空氣凈化方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)的管狀光催化反應(yīng)器，紫外光源位于反應(yīng)器外管的軸線方向上，反應(yīng)器外管內(nèi)壁上的光催化劑受到均勻光照，從而保證較快的光催化反應(yīng)速率。但傳統(tǒng)的管狀光催化反應(yīng)器也有其明顯的缺點(diǎn):首先，由于受外管尺寸的制約，管狀反應(yīng)器內(nèi)的有效光催化反應(yīng)面積明顯不足，從而使得紫外光源利用率不高。其次，管軸方向上的紫外光源與反應(yīng)器外管之間距離經(jīng)常會(huì)布置不合理，這樣就導(dǎo)致管內(nèi)大部分氣流沒有與光催化劑接觸就直接流出反應(yīng)器(氣體短流)，使得光催化劑表面的反應(yīng)-傳質(zhì)效率明顯低下。要想充分利用管狀光催化反應(yīng)器在空氣凈化方面的優(yōu)勢，就必須增大反應(yīng)器內(nèi)的有效反應(yīng)面積以提高光源利用率，并優(yōu)化反應(yīng)器內(nèi)結(jié)構(gòu)以防止氣體短流和提高光催化劑表面的反應(yīng)-傳質(zhì)能力。如何解決這些問題，將直接影響管狀光催化反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種新型管狀光催化空氣凈化器，其特點(diǎn)在于能夠克服現(xiàn)有的管狀光催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)中存在的反應(yīng)器內(nèi)的有效光催化反應(yīng)面積不足、反應(yīng)氣體容易受光源與外管間距布置不合理的影響而出現(xiàn)管內(nèi)短流的缺點(diǎn)，提供一種有效反應(yīng)面積大、紫外光源利用率高、光催化劑表面的反應(yīng)-傳質(zhì)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單的管狀光催化空氣凈化器。實(shí)現(xiàn)所述目的之技術(shù)方案是這樣一種管狀光催化空氣凈化器，它包括凈化器外管、紫外燈管、透明套管、軸向肋片、光催化劑、前蓋、后蓋、進(jìn)氣口和出氣口。凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片表面均涂有光催化劑；前蓋和后蓋分別在凈化器外管的前端和末端；透明套管位于凈化器外管的管軸線方向上；紫外燈管放置在透明套管內(nèi)，透明套管不影響紫外光透過，透明套管把紫外燈管和反應(yīng)氣體隔離開；軸向肋片固定在透明套管外表面，軸向肋片與透明套管為一體結(jié)構(gòu)，且軸向肋片沿凈化器外管半徑方向均勻分布；軸向肋片將凈化器外管和透明套管之間的空間分割成若干條截面積相同的氣體通道，軸向肋片的數(shù)量為3-7片，氣體通道的數(shù)量為3-7條；軸向肋片端部的三角形工藝缺口，又將各條氣體通道連通，使氣體依次流過各條氣體通道；進(jìn)氣口與首條氣體通道的起始端連通，出氣口與最后一條氣體通道的末端連通；凈化器外管的內(nèi)壁和軸向肋片的表面帶有不連續(xù)的增渦紋理，能增強(qiáng)氣體流過時(shí)的縱向渦流強(qiáng)度。所述的工藝缺口位于軸向肋片的一端，呈三角形，是將軸向肋片外側(cè)邊角剪切后得到的。設(shè)計(jì)這樣的工藝缺口，是因?yàn)槿切蔚墓に嚾笨谂c其他形式(如長方形)的缺口相t匕，三角形的工藝缺不會(huì)影響軸向肋片與透明套管一體結(jié)構(gòu)的牢固性；同時(shí)反應(yīng)氣體通過三角形的工藝缺口所產(chǎn)生的流體擾動(dòng)強(qiáng)度更大，使反應(yīng)氣體在后面的氣體通道內(nèi)與光催化劑的接觸效率更高。所述的光催化劑是納米級TiO2光催化劑?？赏ㄟ^現(xiàn)有方法，例如溶膠-凝膠法、噴涂法和刷漿法等將光催化劑負(fù)載在凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片表面上。進(jìn)氣口在前蓋上。當(dāng)氣體通道的數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，出氣口在后蓋上；當(dāng)氣體通道的數(shù)量為偶數(shù)時(shí)，出氣口在前蓋上。本發(fā)明的使用方法如下:
本發(fā)明所涉及的管狀光催化空氣凈化器，將納米級TiO2光催化劑負(fù)載在凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片表面上，反應(yīng)氣體通過進(jìn)氣口沿凈化器外管的軸線方向進(jìn)入軸向肋片所隔成的氣體通道內(nèi)。由于工藝缺口的連通作用，反應(yīng)氣體依次通過各條氣體通道，在增渦紋理的影響下呈湍流流動(dòng)。在紫外燈管的照射下，反應(yīng)氣體中的VOCs與納米級TiO2光催化劑發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的CO2和水蒸氣，凈化后的氣體經(jīng)出氣口排出凈化器。與現(xiàn)有利用光催化技術(shù)的管狀空氣凈化器相比，本發(fā)明提供的管狀光催化空氣凈化器具有如下優(yōu)點(diǎn):
一般的管狀空氣凈化器，管壁內(nèi)壁涂覆有光催化劑，氣體只在管壁處發(fā)生光催化氧化反應(yīng)。本發(fā)明所述的管狀光催化空氣凈化器，利用端部帶有工藝缺口的軸向肋片在凈化器外管和紫外燈管間形成若干條連通型氣體通道，延長了反應(yīng)氣體在凈化器內(nèi)的流動(dòng)距離，增大了光催化反應(yīng)的有效面積，提高了紫外光源利用率。呈三角形的工藝缺口不影響軸向肋片與透明套管一體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定并能使反應(yīng)氣體與TiO2充分接觸。凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片上的不連續(xù)增渦紋理，增強(qiáng)了光催化劑表面的縱向渦流強(qiáng)度，增大了反應(yīng)氣體垂直于光催化劑表面的速度分量，強(qiáng)化了對流傳質(zhì)效果。


圖1—管狀光催化空氣凈化器結(jié)構(gòu)示意 圖2——軸向肋片與透明套管的一體結(jié)構(gòu)示意 圖3—凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片表面的不連續(xù)增渦紋理示意圖。
具體實(shí)施例方式一種管狀光催化凈化器(參考圖1、2、3)，它包括凈化器外管2、紫外燈管4、透明套管5、軸向肋片3、光催化劑、前蓋7、后蓋8、進(jìn)氣口 I和出氣口 6。選擇軸向肋片3的數(shù)量為3片，軸向肋片3沿凈化器外管2的半徑方向固定在透明套管5表面上，軸向肋片3相互間的夾角為120°，軸向肋片3與透明套管5呈一體結(jié)構(gòu)。將軸向肋片3—端的外側(cè)邊角剪切出呈三角形的工藝缺口 31。凈化器外管2內(nèi)壁和軸向肋片3表面帶有不連續(xù)增渦紋理。納米級TiO2光催化劑負(fù)載在凈化器外管2內(nèi)壁和軸向肋片3表面上。透明套管5和軸向肋片3放置在凈化器外管2內(nèi)，透明套管5在凈化器外管2的管軸線方向上，紫外燈管4位于透明套管5內(nèi)。再將前蓋7和后蓋8分別固定在凈化器外管2的前端和末端。這時(shí)，軸向肋片3就使得凈化器外管2和透明套管5之間的空間形成3條截面相同的氣體通道32，工藝缺口 31又將氣體通道32依次連通，反應(yīng)氣體可依次通過這3條氣體通道32。最后將進(jìn)氣口 I和出氣口 6分別安裝在前蓋7和后蓋8上，并且使進(jìn)氣口 I與首條氣體通道32起始端連通，出氣口 6與最后一條氣體通道32末端連通。含有VOCs的反應(yīng)氣體經(jīng)進(jìn)氣口 I進(jìn)入凈化器后，依次通過3條氣體通道32，在不連續(xù)增渦紋理的影響下呈湍流流動(dòng)。反應(yīng)氣體在凈化器內(nèi)流動(dòng)的過程中，受紫外燈管4的照射作用，VOCs在凈化器外管2內(nèi)壁和軸向肋片3表面上與TiO2發(fā)生光催化氧化反應(yīng)，凈化處理后的氣體經(jīng)出氣口 6排出凈化器。
權(quán)利要求
1.一種管狀光催化空氣凈化器，包括凈化器外管(2)、紫外燈管(4)、透明套管(5)、軸向肋片(3)、光催化劑、前蓋(7)、后蓋(8)、進(jìn)氣口(I)和出氣口(6)，其特征在于:凈化器外管(2)內(nèi)壁和軸向肋片(3)表面均涂有光催化劑；透明套管(5)位于凈化器外管(2)的管軸線方向上；紫外燈管(4)放置在透明套管(5)內(nèi)；軸向肋片(3)固定在透明套管(5)外表面；軸向肋片(3)的一端帶有三角形的工藝缺口(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述軸向肋片(3)沿凈化器外管(2)的半徑方向均勻分布在透明套管(5)外表面，軸向肋片(3)與透明套管(5)為一體結(jié)構(gòu)，透明套管(5)不影響紫外光透過。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述軸向肋片(3)將凈化器外管(2)和透明套管(5)之間的空間分割成若干條截面積相同的氣體通道(32)，工藝缺口(31)又將相鄰的氣體通道(32)連通；軸向肋片(3)的數(shù)量為3-7片，氣體通道(32)的數(shù)量為3-7條。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述工藝缺口(31)位于軸向肋片(3)的一端，呈三角形，是將軸向肋片(3)的外側(cè)邊角剪切后得到的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述凈化器外管(2)的內(nèi)壁和軸向肋片(3)的表面帶有不連續(xù)的增渦紋理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述的光催化劑為納米級TiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一管狀光催化空氣凈化器，其特征在于:所述的進(jìn)氣口(I)在前蓋(7)上，與首條氣體通道(32)起始端連通；出氣口(6)與最后一條氣體通道(32)末端連通，氣體通道(32)的數(shù)量為奇數(shù)時(shí)出氣口(6)在后蓋(8)上，氣體通道(32)的數(shù)量為偶數(shù)時(shí)出氣口(6)在前蓋(7)上。
全文摘要
一種管狀光催化空氣凈化器，包括凈化器外管、紫外燈管、透明套管、軸向肋片、光催化劑、前蓋、后蓋、進(jìn)氣口和出氣口。前蓋和后蓋在凈化器外管兩端；光催化劑負(fù)載在表面帶有不連續(xù)增渦紋理的凈化器外管內(nèi)壁和軸向肋片表面；透明套管在凈化器外管的管軸方向上；紫外燈管在透明套管內(nèi)；軸向肋片沿凈化器外管半徑方向固定在透明套管表面；軸向肋片一端帶有三角形工藝缺口，在凈化器外管和透明套管間形成若干條截面相同且依次連通的氣體通道。反應(yīng)氣體經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入凈化器后依次流過各氣體通道，受紫外光照射發(fā)生光催化反應(yīng)，凈化后經(jīng)出氣口排出凈化器。該凈化器光催化反應(yīng)面積大，對流傳質(zhì)作用強(qiáng)，紫外光利用率高，可廣泛用于空氣凈化領(lǐng)域。
文檔編號B01D53/72GK103170243SQ20131012320
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者鄭潔, 劉鵬, 王小艷, 張顏梅, 馮薪諭, 崔鵬飛 申請人:重慶大學(xué)