室内有害挥发性有机物净化方法及装置.pdf

本发明涉及一种室内有害挥发性有机物净化方法及装置。室内有害挥发性有机物净化方法，所述方法包括，提供一种载有光催化剂的空气净化装置；使所述空气净化装置内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂；使包含有害挥发性有机物的空气流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。该方法，不仅能够有效抑制光催化反应过程中光催化剂活性逐渐消失，同时避免了因使用高浓度O3带来的二次污染及需要对O3的后处理。

权利要求书
1.  室内有害挥发性有机物净化方法，所述方法包括，
提供一种载有光催化剂的空气净化装置；
使所述空气净化装置内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂；
使包含有害挥发性有机物的空气流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。

2.  根据权利要求1所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比为1：1至1：10。

3.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧的质量体积浓度大于零，小于等于0.05ppm。

4.  根据权利要求3所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧的质量体积浓度大于等于0.01ppm，小于等于0.05ppm。

5.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂是以气体的形态存在。

6.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置外的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

7.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置内的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

8.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中由位于所述空气净化装置内/外的臭氧发生器产生的臭氧气体，和对应位于所述空气净化装置外/内的过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

9.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述有害挥发性有机物为甲醛和苯系物中的一种或两种。

10.  根据权利要求1或2所述的室内有害挥发性有机物净化方法，其特征在于，所述光催化剂为TiO2纳米催化剂。

11.  空气净化装置，用于室内有害挥发性有机物净化，所述空气净化装置包括由空心壳体形成的封闭型空间，在所述空心壳体内设置有网状催化剂载体，所述载体上涂有光催化剂，在所述空心壳体内还设有紫外线发射器，在所述空心壳体上设有进气口和出气口；所述空气净化装置还包括臭氧发生器和过氧化氢发生器，所述臭氧发生器和过氧化氢发生器产生的臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂填充在所述空心壳体内。

12.  根据权利要求11所述的空气净化装置，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂是以气体的形态存在。

13.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置外的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

14.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置内的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

15.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中由位于所述空气净化装置内/外的臭氧发生器产生的臭氧气体，和对应位于所述空气净化装置外/内的过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。

16.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述有害挥发性有机物为甲醛和苯系物中的一种或两种。

17.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述光催化剂为TiO2纳米催化剂。

18.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述空心壳体的内壁上附有网状催化剂载体。

19.  根据权利要求11或12所述的空气净化装置，其特征在于，所述空心壳体为圆柱体或长方体或多棱体。

说明书室内有害挥发性有机物净化方法及装置
技术领域
本发明涉及空气净化技术，特别涉及一种室内有害挥发性有机物净化方法及装置。
背景技术
目前，装修、电子产品、家私及日用产品带来的包括甲醛、苯系物在内的室内有害空气挥发性有机物(VOC)污染已成为国内室内空气污染的主要特征，严重危害人们的健康。世界卫生组织(2011年9月)发布《室内空气质量指南》将苯和甲醛排列在室内空气污染源的第一和第三位！现在，室内空气净化采用的手段包括静电吸尘、负离子、等离子、臭氧、活性碳吸附、光催化氧化(光触媒)等技术。
其中，光催化氧化技术是指光催化剂在紫外光作用下通过一系列化学反应变化可将苯系物、甲醛或其他挥发性有机化合物分解成二氧化碳和水分子。由于光催化氧化技术不产生“二次污染”、环保，已越来越成为室内空气净化的主要技术手段。但是，该技术使用的光催化剂会随着光催化氧化反应的进行产生光催化剂活性逐渐消失的现象，即催化剂“失活”；催化剂的失活使得光催化氧化技术的应用受到极大的限制，如目前该技术使用最多的TiO2纳米催化剂会在催化氧化反应中失活(Applied Catalysis B：Environmental，2001,32.1-9；Applied Catalysis B：Environmental，2001,30.389-397；Journal of catalysis，2003,219(1)，107-116)。
催化剂失活现象是所有催化反应中不可避免、又必须克服的难题，导致光催化剂失活的因素很多，对于气固相反应而言，主要是因为反应中间物沉积在催化剂表面、并占据催化剂活性中心，从而阻碍目标净化污染物的催化分解。对于一些可逆的催化剂失活，臭氧(O3)的使用可以有效地抑制催化剂的失活，其原因是O3可以通过氧化分解沉积在催化剂表面的中间产物从而帮助光催化剂恢复活性。在对O3抑制催化剂失活的研究中，我们 发现只有高浓度的O3(通常高于5ppm)对催化剂的失活有比较明显的帮助(如图1所示)；但是，如此高浓度的O3足以造成室内空气的二次污染，因此通常都需要对残留的含O3空气进行再处理。专利申请200410025208.5中使用水雾法对空气中的残留O3进行捕集处理；专利申请201010542464.7使用去除O3装置来处理残留的O3；专利申请200810300815.6则希望通过控制O3的产生浓度以减少对O3的后处理。无论如何，都需要通过高浓度的O3来为此光催化剂的活性，而对于如此高浓度残留的O3则必须加以处理，其结果是我们在消除一种污染的同时附随产生另一种污染，而后又不得不去消除另外一种附随的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内有害挥发性有机物净化方法，不仅能够有效抑制光催化反应过程中光催化剂活性逐渐消失，同时避免了因使用高浓度O3带来的二次污染及需要对O3的后处理。
本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：
室内有害挥发性有机物净化方法，所述方法包括，
提供一种载有光催化剂的空气净化装置；
使所述空气净化装置内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂；
使包含有害挥发性有机物的空气流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比为1：1至1：10。
所述臭氧的质量体积浓度大于零，小于等于0.05ppm。
所述臭氧的质量体积浓度大于等于0.01ppm，小于等于0.05ppm。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂是以气体的形态存在。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置外的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置内的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中由位于所述空气净化装置内/外的臭氧发生器产生的臭氧气体，和对应位于所述空气净化装置外/内的过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述有害挥发性有机物为甲醛和苯系物中的一种或两种。
所述光催化剂为TiO2纳米催化剂。
由于光催化反应过程中的光催化剂失活是因为催化反应物在系列降解过程中产生的中间产物沉积在催化剂表面、并占据催化剂催化活性中心而导致的。显然，快速、有效的恢复催化剂活性的方法取决于如何快速、高效清除这些中间产物。不同的催化反应物会产生不同的反应中间产物，每个中间产物的氧化反应都会有不同的反应势垒，单一的氧化剂(如O3)在氧化分解这些中间产物时会表现出不同的氧化反应效率；而本发明由于采用了由臭氧和过氧化氢(O3+H2O2)组成的混合氧化剂，能更有效地解决各种不同单一的氧化剂在氧化分解这些中间产物表现出的不同的氧化反应效率，能够快速、高效地清除反应中间产物，进而达到快速恢复催化剂活性；进而得到更高效、更持续的清除室内空气中有害挥发性有机物的净化效果。
另外，由于可以采用低浓度的O3构成混合氧化剂，大幅减少了因高浓度O3的引入带来的二次污染的风险。还有，由于不再需要使用去除O3装空气净化装置，降低了生产成本和使用维护成本。
本发明的另一个目的在于，提供一种对室内有害挥发性有机物进行净化的空气净化装置，能有效快速恢复催化剂活性；进而得到高效、更持续的清除室内空气中有害挥发性有机物的净化效果。
本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：
空气净化装置，用于室内有害挥发性有机物净化，所述空气净化装置包括由空心壳体形成的封闭型空间，在所述空心壳体内设置有网状催化剂 载体，所述载体上涂有光催化剂，在所述空心壳体内还设有紫外线发射器，在所述空心壳体上设有进气口和出气口；所述空气净化装置还包括臭氧发生器和过氧化氢发生器，所述臭氧发生器和过氧化氢发生器产生的臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂填充在所述空心壳体内。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置外的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂由分别通过位于所述空气净化装置内的臭氧发生器产生的臭氧和和过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂中由位于所述空气净化装置内/外的臭氧发生器产生的臭氧气体，和对应位于所述空气净化装置外/内的过氧化氢发生器产生的过氧化氢气体混合而成。
所述空心壳体的内壁上附有网状催化剂载体。
所述空心壳体为圆柱体。
所述有害挥发性有机物为甲醛和苯系物中的一种或两种。
由于空气净化装置包含有臭氧发生器和过氧化氢发生器，所述臭氧发生器和过氧化氢发生器产生的臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂(O3+H2O2)填充在所述空心壳体内，能更有效地解决各种不同单一的氧化剂在氧化分解室内有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解的中间产物表现出的不同的氧化反应效率，能够快速、高效地清除这些反应中间产物，进而达到快速恢复催化剂活性；进而得到更高、更快、更持续的清除室内空气中有害挥发性有机物的净化效果。
附图说明
图1为现有技术中不同臭氧浓度下甲醛净化效率曲线对比图；
图2为在利用本发明实施例一技术方案与现有技术净化甲醛时甲醛净化效率曲线对比图；
图3为在利用本发明实施例二技术方案净化甲醛时甲醛净化效率曲线对比图；
图4为在利用本发明实施例三技术方案与现有技术净化甲苯时甲苯净化效率曲线对比图；
图5为在利用本发明实施例四技术方案净化甲苯时甲苯净化效率曲线对比图；
图6为在利用本发明实施例五技术方案与现有技术净化二甲苯时二甲苯净化效率曲线对比图；
图7在利用本发明实施例六技术方案净化二甲苯时二甲苯净化净化效率曲线对比图；
图8为本发明实施例一中涉及的一种空气净化装置的截面示意图；
图9为本发明实施例三中涉及的一种空气净化装置的截面示意图；
图10为本发明实施例五中涉及的一种空气净化装置的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图8所示，一种空气净化装置，用于室内有害挥发性有机物净化，包括：上下两端均密封的空心圆柱体1，所述空心圆柱体1的内壁上附有网状催化剂载体2，载体2上涂有二氧化钛(TiO2)纳米催化剂，所述空心圆柱体1内还设有紫外灯3；所述空心圆柱体1上端的侧面设有进气口4，圆柱体下端对应进气口4的另一侧面设有出气口5；在所述空心圆柱体1外设 置有臭氧发生器6和过氧化氢气体发生器7；在出气口5处设置有抽风机。在使用时，所述臭氧发生器6和所述过氧化氢气体发生器7产生的臭氧和过氧化氢气体通过所述进气口4进入所述在所述空心圆柱体1内，使所述空心圆柱体1形成的封闭空间内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂。
所述空心圆柱体1所用的材料，既可以是塑料，也可以是金属等，范围很广，这些都不影响其使用，而所述载体2则需选用不与催化剂进行反应的材料，比如纤维、金属、丝状物等。所述空心圆柱体也可以是其他形状，优选较为规则的长方体、立方体、棱柱体等，以便催化剂涂层的网状载体与紫外灯的距离基本一致。光催化剂也可以为能够催化VOC发生光催化氧化的其他单一或复合催化剂，如金属氧化物和硫化物ZnO、CdS、WO3等。
在本实施例中，所述空气净化装置用于净化甲醛。当所述空气净化装置启动后，所述臭氧发生器6和所述过氧化氢气体发生器7产生的臭氧和过氧化氢气体通过所述进气口4进入所述在所述空心圆柱体1内，使所述空心圆柱体1内填充由臭氧和过氧化氢组成的质量体积浓度配比为1：3的混合氧化剂；其中，所述臭氧的质量体积浓度为0.05ppm。同时，由于在出气口5处设置有抽风机，包含有害挥发性有机物的空气在抽风机的作用下循环流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。如图2所示，为在利用本实施例所采用技术方案与不采用氧化剂及单独采用臭氧净化甲醛时的甲醛净化效率曲线对比图。从图2中明显可以看出，本实施例所采用技术方案所达到的净化甲醛的效率(随时间变化范围约为80％至100％)远远高于不采用氧化剂及单独采用高浓度臭氧(10ppm)净化甲醛的效率，而且，由于臭氧的浓度较低(仅为0.05ppm)，不会造成室内空气的二次污染。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，所述臭氧和过氧化氢的浓度有所不 同，所述臭氧的浓度为0.03ppm；而且，通过改变臭氧和过氧化氢组成的配比得到不同的净化甲醛的效率随时间变化的曲线。如图3所示，为臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比分别为1：1、1：3、1：10的条件下，利用实施例一所述的空气净化装置所得到的净化甲醛的效率随时间变化的对比图。从图中可以得知，臭氧和过氧化氢的质量浓度配比在1：1至1：10的范围内，净化甲醛的效率(随时间变化范围约为45％至99％)均很好。
实施例三
如图9所示，一种空气净化装置，用于室内有害挥发性有机物净化，包括：上下两端均密封的空心圆柱体1，所述空心圆柱体1的内壁上附有网状催化剂载体2，载体2上涂有二氧化钛(TiO2)纳米催化剂，所述空心圆柱体1内还设有紫外灯3；所述空心圆柱体1下端的侧面设有进气口4，圆柱体上端对应进气口4的另一侧面设有出气口5；在所述空心圆柱体1内的下部设置有臭氧发生器6和过氧化氢气体发生器7；在进气口4处设置有鼓风机。在使用时，所述臭氧发生器6和所述过氧化氢气体发生器7产生的臭氧和过氧化氢气体，使所述空心圆柱体1形成的封闭空间内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂。
在本实施例中，所述空气净化装置用于净化甲苯。当所述空气净化装置启动后，所述臭氧发生器6和所述过氧化氢气体发生器7产生的臭氧和过氧化氢气体填充于所述空心圆柱体1内，且臭氧和过氧化氢组成质量体积浓度配比为1：3的混合氧化剂；其中，所述臭氧的质量体积浓度为0.05ppm。同时，由于在进气口4处设置有鼓风机，包含有害挥发性有机物的空气在鼓风机的作用下循环流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。如图4所示，为在利用本实施例所采用技术方案与不采用氧化剂及单独采用臭氧净化甲苯时的甲苯净化效率曲线对比图。从图4中明显可以看出，本实施例所采用技术方案所达到的净化甲苯的效率(随时间变化范围约为30％至75％)远远高于不采用氧化剂及单独采用高浓度臭氧(10ppm)净化甲苯的效率，而且，由于臭氧的浓度较低(仅 为0.05ppm)，不会造成室内空气的二次污染。
实施例四
本实施例与实施例三的区别在于，所述臭氧和过氧化氢的浓度有所不同，所述臭氧的浓度为0.03ppm；而且，通过改变臭氧和过氧化氢组成的配比得到不同的净化甲苯的效率随时间变化的曲线。如图5所示，为臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比分别为1：1.2、1：3、1：9的条件下，利用实施例一所述的空气净化装置所得到的净化甲苯的效率随时间变化的对比图。从图中可以得知，臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比在1：1.2至1：9的范围内，净化甲苯的效率(随时间变化范围约为40％至90％)均很好。
实施例五
如图10所示，一种空气净化装置，用于室内有害挥发性有机物净化，包括：上下两端均密封的空心圆柱体1，所述空心圆柱体1的内壁上附有网状催化剂载体2，载体2上涂有二氧化钛(TiO2)纳米催化剂，所述空心圆柱体1内还设有紫外灯3；所述空心圆柱体1上端的侧面设有进气口4，圆柱体下端对应进气口4的另一侧面设有出气口5；在所述空心圆柱体1内的下部设置有臭氧发生器6，在所述空心圆柱体1外设置有过氧化氢气体发生器7(当然，也可以是在所述空心圆柱体1内的下部设置有过氧化氢发生器7，在所述空心圆柱体1外设置有臭氧发生器6)；在出气口5处设置有抽风机。在使用时，所述过氧化氢发生器7产生的过氧化氢气体通过所述进气口4进入所述在所述空心圆柱体1内，与所述臭氧发生器6产生的臭氧一起，使所述空心圆柱体1形成的封闭空间内填充有由臭氧和过氧化氢组成的混合氧化剂。
在本实施例中，所述空气净化装置用于净化二甲苯。当所述空气净化装置启动后，所述臭氧发生器6和所述过氧化氢气体发生器7产生的臭氧和过氧化氢气体填充于所述空心圆柱体1内，且臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比为1：3的混合氧化剂；其中，所述臭氧的质量体积浓度为 0.05ppm。同时，由于在出气口5处设置有抽风机，包含有害挥发性有机物的空气在鼓风机的作用下循环流过所述空气净化装置，以便有害挥发性有机物在光催化剂作用下降解。如图6所示，为在利用本实施例所采用技术方案与不采用氧化剂及单独采用臭氧净化二甲苯时的甲苯净化效率曲线对比图。从图6中明显可以看出，本实施例所采用技术方案所达到的净化二甲苯的效率(随时间变化范围约为40％至70％)远远高于不采用氧化剂及单独采用高浓度臭氧(10ppm)净化甲苯的效率，而且，由于臭氧的浓度较低(仅为0.05ppm)，不会造成室内空气的二次污染。
实施例六
本实施例与实施例五的区别在于，所述臭氧和过氧化氢的浓度有所不同，所述臭氧的浓度为0.01ppm；而且，通过改变臭氧和过氧化氢组成的配比得到不同的净化二甲苯的效率随时间变化的曲线。如图7所示，为臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比分别为1：1.5、1：3、1：10的条件下，利用实施例一所述的空气净化装置所得到的净化二甲苯的效率随时间变化的对比图。从图中可以得知，臭氧和过氧化氢的质量体积浓度配比在1：1.5至1：10的范围内，净化二甲苯的效率(随时间变化范围约为40％至90％)均很好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。