[发明专利]UV空气处理方法和装置

说明书

相关申请

本申请要求2009年2月13日提交的US Provisional Application No. 61/152,581和2009年11月4日提交的US Provisional Application No. 61/258,005的申请日权益，所述两篇文献在此都通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及感染(infection)和微生物防治方法和与其相关的装置。

背景技术

在环境中经常发现引起疾病的微生物、霉菌、霉病(mildew)、孢子以及有机和无机污染物质。环境空间中的微生物防治和消毒对于改善健康是理想的。在过去很多方法已经被用于试图净化空气和消毒表面。例如，已知通过例如光催化氧化方法产生的反应性氧化性物类(Reactive Oxidizing Species，ROS)能够氧化有机污染物质和杀死微生物。更特别地，已知羟自由基、氢过氧自由基(hydroperoxyl radicals)、氯气和臭氧，所述光催化反应的终产物，能够氧化有机化合物和杀死微生物。但是，不仅因为效能限制而且因为安全问题，已知的方法和装置存在限制。

ROS是用于描述由环境潮湿空气暴露于紫外光而产生的被高度活化的空气的术语。在紫外范围内的光发射频率为当被吸收时具有破坏化学键的足够能量的光子。常规地，将波长为250nm-255nm的UV光用作生物杀灭剂。低于约181nm，最高到182-187nm的光在它们产生臭氧的能力方面可与电晕放电(corona discharge)媲美。臭氧氧化和UV辐射都被用于公共水系统的消毒。当前，臭氧被用于处理工业废水和冷却塔。

通常已知过氧化氢具有抗菌性能并且已经被用于水溶液中用于消毒和微生物防治。但是，在气相中使用过氧化氢的尝试之前被制备经纯化的过氧化氢气体(Purified Hydrogen Peroxide Gas，PHPG)的技术困难所阻碍。蒸发的过氧化氢水溶液产生由过氧化氢水溶液组成的微液滴的气溶胶。用于“干燥”蒸发的过氧化氢溶液的各种方法至多产生过氧化氢的水合形式。这些水合的过氧化氢分子被通过静电吸引和伦敦力结合的水分子包围。这样，所述过氧化氢分子通过静电方式与环境直接相互作用的能力被结合的水分子(其有效地改变了被包封的过氧化氢分子的基本静电构造)大大减弱。此外，能够达到的蒸发的过氧化氢的最低浓度通常远远高于1.0ppm OSHA工作场所安全限制，使得这些方法不适合用于有人区域。

已经被证实破坏流体中的有机污染物质的光催化剂包括但不限于TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、CdS、ZrO₂、SB₂O₄和Fe₂O₃。二氧化钛是化学稳定的，对于UV/可见光光活化具有适合的带隙，并且相对便宜。因此，在过去三十年二氧化钛的光催化化学已经被广泛地研究，用于从受污染的空气和水除去有机和无机化合物。

因为当通过具有足够能量的紫外光活化时，光催化剂能够由被吸附的水产生羟自由基，因此当用于气相中时它们显示出用于产生释放到环境中的PHPG的前景。但是，现有的光催化应用集中在含有许多不同反应性化学物类的等离子体的产生上。此外，所述光催化等离子体中的大多数化学物类对过氧化氢具有反应性，并且通过破坏过氧化氢的反应阻止过氧化氢气体的产生。而且，被引入所述等离子体中的任何有机气体通过与过氧化氢的直接反应和通过它们的氧化产物与过氧化氢的反应这两者阻止过氧化氢产生。

所述光催化的等离子体反应器本身也限制了用于释放到环境中的PHPG的产生。因为过氧化氢(还原电位0.71eV)具有比将作为牺牲氧化剂(sacrificial oxidant)被还原的氧气(还原电位-0.13eV)更大的化学电位，因此当其在光催化等离子体反应器中向下游移动时，其如同通过水的氧化制备它一样快速地被优先还原。

氧化

2光子 + 2H₂O → 2OH* + 2H⁺ + 2e^-

2OH* → H₂O₂。

还原

H₂O₂ + 2H⁺ + 2e^- → 2H₂O。