[发明专利]用于室内空气品质应用的催化基板和形成催化涂层的方法

说明书

背景技术

一些建筑物利用空气净化系统来移除空气传播的物质，诸如苯、甲醛和来自空气供应的其它污染物。这些净化系统中的一些包括光催化反应器，光催化反应器利用包含光催化剂氧化物的基板或筒。当放置于适当光源（通常为紫外光源）下时，光催化剂氧化物与空气传播的水分子相互作用以形成羟基自由基或其它活性物种。羟基自由基然后攻击污染物且开始氧化反应，氧化反应将污染物转化成危害较小的化合物，诸如水和二氧化碳。还认为水蒸汽，合适能量的光子和光催化剂的组合也生成活性氧剂，如过氧化氢，由W. Kubo and T. Tatsuma，20 Analytical Sciences 591-93 （2004）所提议。

常用的紫外光催化剂是二氧化钛（TiO₂），另外被称作氧化钛。发现Degussa P25氧化钛和氧化钨嫁接的氧化钛催化剂（诸如在P25上的氧化钨）在紫外光源下移除有机污染物特别有效。参看Wei等人的美国专利No.7,255,831，“Tungsten Oxide/Titanium Dioxide Photocatalyst for Improving Indoor Air Quality”。

发明内容

用于从空气移除空气传播的挥发性化合物的催化装置包括基板和电沉积的催化涂层。基板具有表面。电沉积的催化涂层在基板表面上。电沉积的催化涂层包括能与空气传播的挥发性化合物相互作用的催化剂。电沉积的催化涂层具有多重模态孔隙率分布。

附图说明

图1是紫外光催化氧化空气净化系统的示意图。

图2是电沉积过程的流程图。

图3是电泳沉积系统的示意图。

图4是电解沉积系统的示意图。

具体实施方式

图1是紫外光催化氧化空气净化系统10的示意图，其包括入口12，出口14，可选的预滤器16，含挥发性硅的化合物（VSCC）过滤器18，光催化反应器20（其包括基板22、催化涂层24和紫外光源26）和风扇28。可选的收集器30可用于在挥发性化合物传递经过光催化反应器20之前暂时地收集一些挥发性化合物，诸如挥发性有机化合物（VOC）。举例而言，吸附床（例如活性炭或沸石）可用于收集VOC用于随后释放（例如，通过加热且随后挥发所收集的VOC）到光催化反应器20内。收集器30可整合或合并到VSCC过滤器18内。控制器32协调收集器30的操作与风扇28和紫外光源26的操作。举例而言，在紫外光源26不操作时，收集器30可操作。在一些情况下，风扇28可与收集器30一起操作，例如，以将潮湿或热空气抽吸到VSCC过滤器18内用于进一步的矿化过程。

风扇28通过入口12将周围空气抽吸到系统10内。空气流A穿过预滤器16和VSCC过滤器18且然后穿过光催化反应器20和风扇28到出口14。预滤器16通过截留粒子和灰尘而移除灰尘和粒子。VSCC过滤器18移除含挥发性硅的化合物（VSCC）使得它们并不到达光催化涂层24且不会使光催化反应器20的性能降级。也可通过吸附于过滤器16或18上而移除其它挥发性有机化合物（VOC）。尽管图1描绘了预滤器16和VSCC过滤器18作为分开的结构，但是VSCC过滤器18和预滤器16可整合或合并为一个过滤器。

当暴露到来自紫外光源26的紫外光辐射时，在基板22上包含光催化剂的催化涂层24与空气传播的水分子相互作用以产生反应性物种，诸如羟自由基、过氧化氢、过氧化氢自由基和超氧离子。这些反应性物种与空气中的VOC相互作用以将VOC转变成诸如二氧化碳和水的副产物。因此，空气流A在其通过出口14离开系统10时包含的污染物少于其通过入口12进入系统10时包含的污染物。氧化钛是光催化剂的一个实例。

催化涂层24也可包含光催化剂与热催化粒子的组合。实例热催化剂包括金、氧化锰和铂。在氧存在的情况下，金充当氧化催化剂以将一氧化碳转换成二氧化碳。氧化锰将臭氧分解成分子氧。在氧存在的情况下，铂将低极性有机化合物氧化成二氧化碳。在一个实例中，催化涂层24可包含氧化钛和金粒子。

在图1中，基板22被示意性地描绘为平板。实际上， 基板22可呈多种不同形式，其可被配置成使催化涂层24所在的表面积最大或者使经过基板的非层流（例如，湍流）的范围最大。可使用多孔基板，诸如蜂巢，离散蜂巢结构的分段和径向偏移阵列，丝网，筛网，波纹结构，纺织结构，非纺织结构，毡和织物。基板22也可为材料的混合物。基板22可被配置为平坦结构，单弯曲结构或多弯曲结构。此外，基板22可被配置为同时呈平坦和弯曲结构。