一种室内空气净化方法.pdf

本发明提供了一种室内空气净化方法，采用了新的净化装置和催化剂；该净化装置包括机壳、控制系统、引风系统、吸附系统和催化燃烧系统。其突破了传统的更换吸附剂净化室内空气的模式，将吸附系统和催化燃烧系统有机结合在一起，将有害物质转化为无害的CO2和H2O，形成有效的空气净化系统。催化剂为Pt负载于Al2O3或TiO2和Al2O3的复合载体上，助剂为MnO2等金属氧化物；由于吸附材料循环使用，不需要更换吸附剂，操作成本低。在一个甲醛浓度为1.4mg/m3的50m3的房间运行此装置24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m3。低于中国室内空气污染物容许浓度标准的0.10mg/m3。

1、  一种室内空气的净化方法，其特征在于步骤和条件如下：
1)所使用的室内空气净化装置
一种室内空气净化装置，其包括机壳(1)、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳(1)的上部，吸附系统x置于机(1)的内部并通过金属框固定在机壳(1)上，控制系统k和引风系统y均置于机壳(1)的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳(1)的进气口(4)、进气口(5)连接；
所述的进气口(4)、进气口(5)和气流通道(14)连接；进气口(4)与大风机(2)连接，进气口(5)与小风机(3)连接，在进气口(4)与(5)之间装有一可转动的挡(6)，该挡板(6)以轴(60)在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机(2)不启动时，挡板(6)处于水平位置，进气口(4)关闭；大风机(2)启动时，挡板(6)被吹起旋转至垂直方向使进气口(4)打开，同时使进气口(5)关闭；小风机(3)启动时，挡板(6)被吹落至水平位置使进气口(4)关闭，进气口(5)打开；大风机(2)采用大风量低噪音离心风机，小风机(3)采用低噪音高转速轴流风机，小风机的风量为不超过大风机风量的1/10；
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机(2)和小风机(3)连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置(13)并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷(10)的孔道(11)内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别加热带(15)和加热板(8)温度的范围；当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机(2)将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道(11)流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机(2)开始工作，挡板(6)把进气口(4)关闭；
温度控制器指令把加热带(15)和加热板(8)加热，加热带(15)的加热速率为25℃/min，加热带(15)设定温度为250-350℃；加热板(8)的加热速率为20℃/min，加热板(8)设定温度为160-260℃；达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层(7、9)吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机(2)按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机(3)将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷(10)的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层(7、9)及1个加热板(8)构成，其中，吸附外层(7、9)的材料为活性炭毡，加热板(8)是由内部带电阻丝的云母板构成，吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡；
吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽(31)的金属框架(20)中，金属框架(20)和机壳(1)固定；
所述的催化燃烧系统c位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷(10)，陶瓷外壁均匀环绕电阻丝(17)，最外层为圆形石棉套(16)，其中圆形石棉套(16)和电阻丝(17)一起被称为加热套(15)；蜂窝陶瓷(10)中间的孔道(11)保证气流通过顺畅，孔道(11)的设置为400孔/平方英寸；蜂窝陶瓷(10)内表面上涂覆有催化剂；催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为：每立方米空间用陶瓷2-10ml；
2)所用的催化剂
蜂窝陶瓷(10)内表面上涂覆的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al₂O₃或TiO₂和Al₂O₃的复合载体上，其中，TiO₂:Al₂O₃摩尔配比为：为0-2.5，助剂为MnO₂、Fe₂O₃、CoO、NiO、CuO、V₂O₅、MoO₃、WO₃中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助催化剂的含量以载体质量计为0.1-5％；
3)净化方法的步骤如下：
接通电源，控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
在控制系统k的指令下，每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机(2)将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道(11)流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机(2)开始工作，挡板(6)把进气口(4)关闭；
温度控制器指令把加热带(15)和加热板(8)同时加热，加热(15)的加热速率为25℃/min，加热带(15)设定温度为250-350℃；加热板(8)的加热速率为20℃/min，加热板(8)设定温度为160-260℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层(7、9)吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机(2)按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机(3)将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷(10)的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个空气净化循环；或重复进行多个空气净化循环达到室内空气净化。

一种室内空气净化方法
所属领域
本发明属空气净化领域，是一种室内空气净化方法。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，人们的活动更多地集中在室内，对室内空气质量的要求也越来越高。由于室内装修以及室内用品采用含大量甲醛的装饰材料，导致近年来室内空气污染加重。随着人们生活水平和居住条件的不断改善，健康、舒适的室内环境将成为必然的追求。现有的空气净化器其基本原理有以下几类：(1)简单颗粒物过滤型，该类净化器工作时，主要是对空气中的颗粒物进行物理性过滤，不能有效消除空气中的有害物质，如甲醛、苯等；(2)简单吸附型，该类净化器工作时，可以将污染物有效除去，获得洁净的空气，但是吸附剂需要不断更换，更换掉的吸附剂对环境将产生污染；(3)高温催化法，该类净化器工作时，虽然可以通过催化途径将污染物有效消除，但是由于净化器工作温度较高，能耗过大，不适合夏天使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可将含有有害物质的室内空气高效、低操作成本的净化方法。该方法可以除去甲醛、乙酸乙酯、苯等有机污染物。
本发明采用如下的技术路线与方案：(见图4)室内空气净化方法是先将含有有害物质的空气通过吸附的方式除去其中的有害物质，实现室内空气净化；通过加热吸附材料实现吸附材料的再生，加热吸附材料所脱附出的有害物则是在加热的催化剂作用下实现完全转化。其中，有害物质为甲醛、乙酸乙酯和苯等有机污染物。吸附剂吸附原理是依据吸附剂表面极性基团与有害物质在常温下发生作用，因而可以在极低浓度情况下，将有害物质从空气中除去并吸附在吸附剂表面。吸附是可逆的，因此通过加热方式可以将吸附的有害物质从吸附材料中脱除，吸附材料得到再生。此时有害物质的浓度将大幅度增加。加热的催化剂则是通过活化氧对有害物质进行完全催化氧化，使之转化为无害的CO₂和H₂O。完全氧化催化剂的工作温度通常为100～350℃，有害物质富集后更易于催化氧化。
一种实现室内空气净化方法，其步骤和条件如下：
1)所使用的室内空气净化装置的构成如下：
见图1，本发明的一种室内空气净化装置包括机壳1、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳1的上部，吸附系统x置于机壳1的内部并通过金属框固定在机壳1上，控制系统k和引风系统y均置于机壳1的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳1的进气口4、5连接；
所述的机壳1有进气风口4、进气口5和气流通道14；进气口4与大风机2连接，进气口5与小风机3连接，在进气口4与5之间装有一可转动的挡板6，该挡板6以轴60在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机2不启动时，挡板6处于水平位置，进气口4关闭；大风机2启动时，挡板6被吹起旋转至垂直方向使进气口4打开，同时使进气口5关闭；小风机3启动时，挡板6被吹落至水平位置使进气口4关闭，进气口5打开；大风机2采用大风量低噪音离心风机，优选其风量为100m³/h-1000m³/h，小风机3采用低噪音高转速轴流风机，优选其风量为10m³/h-100m³/h，小风机的风量为不超过大风机风量的1/10；
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机2和小风机3连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置13并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷10的孔道11内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别控制加热套15和加热板8温度的范围；当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，每一个循环从大风机2工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热带15和加热板8同时加热，加热带15的加热速率为25℃/min，加热带15设定温度为250-350℃；加热板8的加热速率为20℃/min，加热板8设定温度为160-260℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、9吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层7和9及1个加热板8构成，其中，吸附外层7和9的材料为活性炭毡，加热板8是由内部带电阻丝的云母板构成，吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，空隙的距离优选为0.6cm，保证空气顺畅流通，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡。吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金属框架20和机壳1固定；
所述的催化燃烧系统c(见图3)位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷10(图3)，陶瓷外壁均匀环绕电阻丝17，最外层为圆形石棉套16，其中圆形石棉套16和电阻丝17一起被称为加热套15；蜂窝陶瓷10中间的孔道11保证气流通过顺畅，孔道11的设置为400孔/平方英寸；蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有催化剂；催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为：每立方米空间用陶瓷2-10ml；
2)所述的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al₂O₃或TiO₂和Al₂O₃的复合载体上，其中，TiO₂:Al₂O₃摩尔配比为：为0-2.5，助剂为MnO₂、Fe₂O₃、CoO、NiO、CuO、V₂O₅、MoO₃、WO₃中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助剂的含量以载体质量计为0.1-5％；为了提高的分散度，浸渍液中加入柠檬酸，柠檬酸的量为Pt金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。
所述的催化剂的制备方法如下：
1)所述的二氧化钛和氧化铝复合载体的的制备
按配比，将二氧化钛和三氧化二铝混合，加水球磨，球磨时间为4～10小时，取出烘干，焙烧，得到粉状载体；所述的烘干温度为110℃，焙烧温度为300～600℃。焙烧时间为1-6小时。
2)所述的活性组分制备
将上述活性组分的金属盐按给出的配比配制成水溶液，然后浸渍于载体上；然后烘干，焙烧。烘干温度为110℃，焙烧温度为300～600℃。焙烧时间为1-6小时。Pt盐为氯铂酸、二亚硝基二氨铂、硝酸铂；助剂的金属盐为相应的金属氧化物的硝酸盐；为了提高的分散度，浸渍液中加入柠檬酸，柠檬酸的量为金属离子摩尔数的0.5-1.5倍。
3)净化方法的步骤如下：
接通电源，控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
在控制系统k的指令下，每一个循环从大风机(2)工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热带15和加热板8同时加热，加热带15的加热速率为25℃/min，加热带15设定温度为250-350℃；加热板8的加热速率为20℃/min，加热板8设定温度为160-260℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、9吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个空气净化循环；或重复进行多个空气净化循环，达到室内空气净化。
有益效果：本发明的方法采用了新的室内空气净化装置和催化剂。该净化装置突破了传统的采用更换吸附剂的方式净化室内空气的模式，将吸附系统和催化燃烧系统有机结合在一起，将有害物质转化为无害的CO₂和H₂O，形成有效的空气净化系统。吸附材料通过加热的方式实现原位再生，循环使用。它与传统的吸附法相比，具有不用更换任何消耗品，因此其使用非常方便。由于不需要更换吸附剂，操作成本低。在一个甲醛浓度为1.4mg/m³的50m³的房间运行此装置24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m³。低于中国室内空气污染物容许浓度标准(GB18883-2002)中所规定的0.10mg/m³。
附图说明
图1为一种室内空气净化装置的构成示意图。
图2为一种室内空气净化装置的吸附系统x的构成示意图。
图3为一种室内空气净化装置的催化燃烧系统c的构成的示意图。
图4为一种室内空气净化方法的示意图。
具体实施方式
实施例1
见图1，本发明的一种室内空气净化装置包括机壳1、控制系统k、引风系统y、吸附系统x和催化燃烧系统c；
所述的催化燃烧系统c固定连接于机壳1的上部，吸附系统x置于机壳1的内部并通过金属框固定在机壳1上，控制系统k和引风系统y均置于机壳1的外部；控制系统k通过控制线与催化燃烧系统c、吸附系统x和引风系统y电连接；引风系统y通过管道与机壳1的进气口4、5连接；
所述的机壳1有进气风口4、进气口5和气流通道14；进气口4与大风机2连接，进气口5与小风机3连接，在进气口4与5之间装有一可转动的挡板6，该挡板6以轴60在水平方向与向上垂直方向90度可以来回转动，大风机2不启动时，挡板6处于水平位置，进气口4关闭；大风机2启动时，挡板6被吹起旋转至垂直方向使进气口4打开，同时使进气口5关闭；小风机3启动时，挡板6被吹落至水平位置使进气口4关闭，进气口5打开；大风机2采用大风量低噪音离心风机，优选其风量为200m³/h，小风机3采用低噪音高转速轴流风机，优选其风量为20m³/h。
所述的控制系统k由电源、时间继电器、温度控制器、温度传感器构成；所述的电源分别与时间继电器、温度控制器相连接；
所述的时间继电器与大风机2和小风机3连接，由时间继电器控制其工作时间；时间继电器还与温度控制器相连接，对温度控制器进行控制；
所述的一个温度传感器置于吸附系统的吸附床单元之间的位置13并且与温度控制器相连接，另一温度传感器置于蜂窝陶瓷10的孔道11内并且与温度控制器相连接；温度控制器内部带有智能计算控制程序，预先设定时间继电器工作时间范围、分别控制加热带15和加热板8温度的范围，当传感器反馈回温度控制器的温度达到设定温度时，加热装置保持此设定温度；
控制系统k的温度控制器内部带有智能计算循环控制程序执行如下步骤：
每一个循环从大风机(2)工作开始，每一个循环从大风机2工作开始，大风机2将室内空气引入吸附系统x把有害物质吸附富集空气被净化，净化空气通过催化燃烧系统c的孔道11流回室内；
大风机按设定的工作时间运行后，时间继电器指令小风机2开始工作，挡板6把进气口4关闭；
温度控制器指令把加热套15和加热板8同时加热，加热套15的加热速率为25℃/min，加热套15设定温度为300℃；加热板8的加热速率为20℃/min，加热板8设定温度为250℃；加热温度达到设定的工作温度后，吸附系统x使外吸附层7、9吸附的有害物质脱附出来；
时间继电器指令小风机2按设定的工作时间运行后，催化燃烧系统c由小风机3将吸附系统x中脱附出来的高浓度污染物气体通过催化燃烧系统c的蜂窝陶瓷10的催化剂，一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、甲醛和乙酸乙酯等污染物经过催化剂的作用完全转化为二氧化碳和水回到室内，完成一个循环；或重复进行多个循环；
所述的吸附系统x由多个吸附床单元组成，一个吸附床单元由两个外吸附层7和9及1个加热板8构成，其中，吸附外层7和9的材料为活性炭毡，加热板8是由内部带电阻丝的云母板构成。吸附层与云母板胶结，每一个单元之间留有空隙，空隙的距离优选为0.6cm，保证空气顺畅流通，吸附床单元的活性炭毡的质量根据室内空间的大小设定，标准为每立方米空间使用5-10克的活性炭毡。吸附床单元被等距离的固定在带有凹槽31的金属框架20中，金属框架20和机壳1固定；
所述的催化燃烧系统c(见图3)位于吸附系统的上方的出气口处，该催化燃烧系统为一圆柱形蜂窝陶瓷10(图3)，陶瓷外壁均匀环绕电阻丝17，最外层为圆形石棉套16，其中圆形石棉套16和电阻丝17一起被称为加热套15；蜂窝陶瓷10中间的孔道11保证气流通过顺畅，孔道11的设置为400孔/平方英寸；蜂窝陶瓷10内表面上涂覆有催化剂；催化剂的涂覆量为每升陶瓷涂20-100克催化剂，所用陶瓷的体积与所需净化的空间体积关系为：每立方米空间用陶瓷2-10ml；
所述的催化剂组成成分及配比为：Pt负载于Al₂O₃或TiO₂和Al₂O₃的复合载体上，其中，TiO₂:Al₂O₃摩尔配比为：为0-2.5，助剂为MnO₂、Fe₂O₃、CoO、NiO、CuO、V₂O₅、MoO₃、WO₃中的一种或几种；Pt的含量以载体质量计为0.1-2％，助剂的含量以载体质量计为0.1-5％；
所述的催化剂的制备方法如下：
称取25克氧化铝，20克氧化钛，100克水，球磨10小时，取出，110℃烘干，500℃焙烧5小时，研磨成粉状，得到氧化钛和氧化铝的复合氧化物载体。
依次称取硝酸铁5.2克，硝酸钴2.3克，柠檬酸2克；按铂质量0.225克计，取硝酸铂溶液10ml，配成50ml水溶液，浸渍于上述载体，110℃烘干，500℃焙烧2小时。
在一个甲醛浓度为1.4mg/m³的50m³的房间运行此装置如下：
接通电源，大风机2开始工作，挡板6处于垂直状态进气口5被关闭，进气口4打开，空气在常温条件下以200m³/h的风量通过吸附系统6小时大风机2停止工作；加热装置8开始对吸附材料7和9加热达到250℃，污染物完全从吸附材料7和9上脱附；同时加热套15已经对蜂窝陶瓷10进行加热达到300℃并保持此温度；小风机3启动，挡板6处于水平位置进气口5被打开，进气口4被关闭，吸附材料上脱附出来的污染物被小风机以20m³/h的风量通过加热的蜂窝陶瓷10，并在加热的催化剂上完全转化为无害的CO₂和H₂O，20min后，加热套15和加热板8停止加热，再次启动大引风机，空气净化器进入下一个循环。
24小时后用酚试剂法检测甲醛浓度为0.06mg/m³。低于国家室内空气污染物容许浓度标准(GB18883-2002)中所规定的0.10mg/m³
净化装置的参数：50m³空间，
引风速度为200m³/h，
吸附系统中吸附材料的质量为300克，
吸附系统加热功率为400W，
催化燃烧系统的加热功率为200W，
催化燃烧系统的催化剂质量为5.6克。