[发明专利]光催化净化介质

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理介质的装置和方法、具体地用于净化流体介质、比如水或者空气或者表面。

背景技术

US2010/0209294A1公开一种用于催化净化介质、比如水或者空气的装置。这一装置包括容器，引导待处理的介质经过该容器，使得它包围光催化材料。光催化材料由经由波导向介质中发光的光源例如LED活化。

发明内容

本发明的一个目的是提供允许介质的高效光催化处理、特别地用于净化水或者空气的手段。

这一目的由根据权利要求1的一种装置和根据权利要求2的一种方法实现。在从属权利要求中公开优选实施例。

根据它的第一方面本发明涉及一种用于处理介质、特别地用于净化流体介质、比如水或者空气或者固体介质、比如表面的装置。该装置包括以下部件：

a)具有表面的(牢固或者实心)衬底，在装置操作期间经过该表面传送(光)能量。为了引用，所述表面将在下文中称为“能量传送表面”。

b)感光层，(直接或者间接)设置于前述能量传送表面上并且可以在装置操作期间由介质接触。在本文中，术语“感光”应当是指可以在光的影响之下与介质中的物质在化学上反应的材料，其中所述反应可以特别地包括支持/引起其它成分的反应。

根据第二方面，本发明涉及一种用于处理介质、特别地用于净化水或者空气的方法，所述方法包括以下步骤：

a)吸收从衬底传输的光能，该吸收在设置于所述衬底上的能量传送表面上的感光层中发生，

b)通过让介质与感光层接触在介质中引起(化学)反应。

该装置和该方法基于相同发明构思、即在能量传送表面上布置感光层。因此，为这些实现之一所提供的说明和评论对于其它实现也有效。

该装置和该方法的中心方面是感光层以来自所述衬底的光到达感光层而不具有先前通过介质的通道这样的方式光学地耦合到衬底。以这一方式，可以避免光在介质内的损耗从而产生更能量高效的操作。

在下文中，将描述本发明的涉及该装置和该方法二者的各种优选实施例。

根据第一优选实施例，感光层包括光催化材料(或者完全由光催化材料构成)。作为催化剂，这一材料不会在操作期间被消耗、而是仅调解介质的成分的反应，其中光催化材料通常由从衬底接收的光活化。适当光催化材料的典型示例是TiO₂。可以例如在US2010/0209294A1中发现更多示例。

光能从能量传送表面到感光层的耦合或者传送优选地通过倏逝波来发生。倏逝波例如在光线在衬底内全内反射时生成。这一方式的优点是向感光层的能量传送可以被高度地控制并且仅在能量传送表面的紧接附近发生、因此避免了光能进入介质中的损耗。

衬底可以优选地包括波导、即如下元件，在该元件中，(适当定向的)光束通过在波导的边界的反复全内反射来传播。借助波导，可以以最小的损耗传送光并且向期望位置分布光。而且，在波导中发生的全内反射造成倏逝波，如以上描述的那样，能量可以通过这些倏逝波耦合到感光层中。因此可以实现光的分布和输出耦合而能量损耗最小。

衬底向感光层中传送的能量例如可以是先前已经向衬底中耦合的环境(太阳)光。根据一个优选实施例，然而提供技术光源用于可控地生成向衬底中耦合的光。光源可以例如包括LED或者激光二极管，该光源允许生成具有可以被调节至感光层的要求的光谱。这也造成提高的能量效率。

有用于从前述光源向衬底中耦合光的不同可能性。LED可以例如紧接装配于衬底的表面上。在一个优选实施例中，在光源与衬底之间提供反射元件从而允许在方便位置设置光源而确保它的光到达衬底。反射元件可以例如包括平面或者非平面(例如圆锥形)镜表面或者形式为复合抛物面聚光器(CPC，参见W.T.Welford、R.Winston的“High Collection Nonimaging Optics”，Academic Press Inc(1990))的镜表面。为了最优效率，如果衬底包括波导，则应当设计反射元件使得来自光源的光在适当角度之下进入衬底以在波导内实现全内反射。

根据本发明的一个优选实现，以上提到的光源设置于衬底的空腔中。衬底(尽可能多地)包围光源进一步最小化光能损耗。