[发明专利]一种光催化空气净化装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气净化装置，尤其涉及一种利用光催化技术对畜禽舍空气进行除臭的空气净化装置及方法，属于空气净化领域。

背景技术

随着畜禽养殖密度的不断增大，畜禽舍环境卫生问题日趋突出，臭气污染逐渐成为影响畜禽舍内部环境质量的一个重要因素。畜禽舍环境内的臭气主要源于畜禽排泄产生的粪尿，粪尿中含大量的氮和磷，在无氧条件下，将分解成对人畜健康危害很大的NH₃、H₂S、CH₄等有害气体。畜禽若长时间生活在这种环境中，将会刺激其上呼吸道黏膜，极易感染或激发呼吸道疾病，如气喘病、传染性胸膜肺炎等。污浊的空气还将引起畜禽的应激综合征，具体表现为食欲下降、泌乳减少、狂燥不安或昏昏欲睡、咬尾嚼耳等。目前运用于畜禽舍的除臭技术主要包括：吸收与吸附法、化学与生物除臭剂法、洗涤法等，这些技术普遍存在成本高、能耗高、设备复杂以及污染环境等问题。例如，公开号为CN201150667A的专利文献公开了一种畜禽舍空气净化器，它包括壁挂式机壳及其设置在壁挂式机壳上的电源开关按钮，壁挂式机壳的前面出气口中设有可摆动的气门，壁挂式机壳内底部装有臭氧发生器，壁挂式机壳内后面装有风扇，风扇的安装位置对准壁挂式机壳出气口的中间，臭氧发生器的臭氧输出口在风扇的下面。它利用臭氧对畜禽舍内的空气进行杀菌、消毒、除臭。但是，该净化器的制作和使用成本均较高，且对环境会造成污染。而在欧美使用的一些高成本和高能量消耗的空气净化技术与装备等对我国目前85%以上的开放半开放畜禽舍不适用，也不符合低碳的畜牧业发展需要。

光催化氧化技术作为一种高级氧化技术，几乎可以催化氧化所有的有机物生成CO₂,H₂O等简单无机物。光催化氧化剂的突出表现恰恰符合对于环境污染、恶臭处理方面需求。光催化氧化剂中，目前研究较为成熟的是金属氧化半导体材料TiO₂，但是其催化反应所需光的波长必须小于385nm，对光的要求较高（自然光光谱中波长小于385nm的部分仅占5%）。近几年发现并合成的一种碳氮化合物半导体材料-g-C₃N₄，它同样具有和TiO₂相接近的催化性质。但其相较于TiO₂制备更简单，对于光的波长要求范围更广，能够在可见光的条件下激活，是很有前景的新型光催化剂。

光催化具有低能耗、易操作、无二次污染等优点。目前光催化技术在养殖场的研究与应用鲜有报道。因此，根据畜禽舍结构、畜禽舍饲养管理和舍内空气污染等特点，研发适用于畜禽舍的光催化除臭技术与设备，可为畜禽舍空气净化开创新的途径。

发明内容

本发明提供了一种光催化空气净化装置，该装置利用光催化原理对污染空气进行净化，提高了畜禽舍内外的空气质量，保障了畜禽舍内的畜禽和工作人员及周边居民的福利；同时，注重整个装置的除臭效率，使其具有良好的经济适用性。

一种光催化空气净化装置，包括带有进气口和出气口的螺旋通道，该螺旋通道内布置有若干催化单元；所述的催化单元包括具有孔隙结构催化剂载体、以及附着在该催化剂载体上的g-C₃N₄光催化剂，催化剂载体的四周与所述螺旋通道内壁密封连接；所述的螺旋通道侧壁为透光材质，该螺旋通道内设有照射所述g-C₃N₄光催化剂的可见光光源。

为提高净化效率，作为优选，所述的催化剂载体为蜂窝状活性炭片。活性炭（椰壳活性炭）的吸附原理包含物理吸附、化学吸附、离子吸附。物理吸附表现在活性炭的孔隙发达性，当空气中杂质直径大于活性炭的孔隙时，就会被挡住；化学吸附，是由于活性炭孔隙中含有的物质能与空气的物质发生化学反应实现色度、臭味的过滤，离子吸附也跟化学吸附有相近的原理。实验表明，蜂窝状活性炭片对有机废气有较好的吸附效果。本装置采用蜂窝状椰壳活性炭作为光催化剂的载体，在对气流阻力影响较小的前提下，尽可能提高催化剂载体的比表面积；同时实现活性炭的吸附作用和g-C₃N₄光催化作用的有机耦合，提高了有机物的降解效果。

本发明的催化单元一般均匀设置在螺旋通道内，设置的数量可根据实际需要处理的空气中污染物质的含量进行确定。