[发明专利]用于从流体流去除污染物的系统和方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本公开涉及用于从流体流去除污染物的系统和方法。特别地，本 公开涉及用于从流体流去除挥发性有机化合物的系统和方法。

2.相关技术描述

家居、办公室建筑和其他封闭结构内的空气比室外空气更受污 染，特别是在高都市化的地区。

在一些情况下，室内空气可能包括挥发性有机化合物(VOC)和/或 半挥发性有机化合物(SVOC)。VOC是在正常条件下具有足以明显蒸 发并进入大气的高蒸气压的有机化合物。SVOC是室温下蒸气压通常 为10^-2至10^-8kPa的有机化合物，以致它们同时以气相和凝结相存在。 这些有机化合物作为气体从某些固体或液体逸出，所述固体或液体包 括许多家居或办公室环境常见的物品，例如油漆、家具、建筑材料、 办公设备和清洁辅助材料。

建筑可以利用空气净化系统来提高室内空气质量，从而使建筑操 作者能够减少通气而建立改善的环境。室内空气的质量通过空气净化 而完成，使用气溶胶去除或气态污染物去除技术。光催化是用于从空 气供给去除空气中的气态物质例如VOC的有效技术。光催化空气净 化器利用了含有光催化剂的基底或筒，所述光催化剂通常为基于氧化 钛的物质，当置于适当光源(通常为紫外光源)下时与空气中的氧和水 分子相互作用生成羟基。然后，氢氧化物基团攻击污染物并引发氧化 反应，氧化反应将污染物转化成危害更小的化合物，例如水和二氧化 碳。普遍使用的光催化剂是二氧化钛，或者称为二氧化钛(titania)。已 经发现，Degussa P25二氧化钛和二氧化钨接枝的二氧化钛催化剂(例 如P25上的氧化钨)在紫外光源下去除有机污染物是特别有效的。

限制光催化氧化(PCO)空气净化器效力的一个公知现象是光催化 剂的去活化。去活化可以可逆地或不可逆地发生，并且去活化的程度 和范围取决于系统配置，包括催化剂表面的光强度、催化剂的量和配 置以及周围环境的条件。已经发现，目前可用的系统在它们被有机污 染物覆盖时表现出催化能力的明显损失，所述有机污染物例如乙醇、 异丙醇和其他对催化表面具有高亲合力的污染物。催化能力在光催化 剂受气态化合物攻击时也下降，所述气态化合物被氧化时生成除非受 外部试剂作用否则永久阻断催化剂活性位点的化合物或部分。

仅含有氢、碳和氧原子的化合物通常只导致可逆的去活化，这对 空气净化器的操作只具有短期影响。然而，如果VOC浓度在紫外光 存在下足够高，或者如果VOC浓度在紫外光不存在下维持足够长时 间，则光催化剂不能与水相互作用以产生足以保持可用于进一步反应 的活性位点(sights)的羟基。污染物则可以相互反应生成漆膜，所述漆 膜占据光催化剂位点并阻断光催化剂氧化污染物的能力。这种或任何 类型的永久去活化可以导致空气净化系统操作者的大量支出，这归因 于与清洁和/或更换光催化剂相关的人员和设备成本。

另一个近期发现的去活化途径是由含硅挥发性化合物、特别是称 为硅氧烷的化合物类的矿化引起的。当VOC在空气中的聚集量通常 为100至1000ppb(体积)时，硅氧烷浓度可能低2或更多个数量级。 这些硅氧烷主要产生于某些个人护理产品或干洗流体的使用，它们也 可能产生于硅氧烷密封剂、粘合剂及类似物质的使用。然而，当这些 含硅化合物被氧化时，它们生成去活化光催化剂的非挥发性二氧化硅 或水合二氧化硅。这种去活化可以通过一种或多种方式，例如相对直 接的物理阻断活性位点、阻断光催化涂层中的孔或阻断VOC与活性 剂的相互作用。

在从空气去除污染物中，某些物质的氧化能够产生不希望的副产 物，或者污染物本身可能具有对光催化单位性能的负面影响。因此， 单独的UV/PCO空气净化不足以使空气中的VOC浓度降低至希望的 限值内。

一个或多个过滤元件被引入系统中，其包括对含硅挥发性化合物 具有优先吸引力和/或对有机硅化合物具有反应性的吸附材料(将它们 化学结合至其表面)。

在优选实施方案中，吸附材料通过物理力吸引有机化合物。这些 类型的吸附材料的典型实例有浸渍和非浸渍的活性碳、多孔石墨、硅 石、硅胶、粘土、沸石和疏水吸附剂。