[发明专利]采用纳米TiO2催化氧化丙酮的空气净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用纳米TiO₂催化氧化丙酮的空气净化系统，属于空气净化设备技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的提高，室内装修、家具建材及日用生活品引起的室内环境污染问题和车内装饰材料引起的车内空气污染问题日益突出。室内挥发性有机污染物由建筑材料、装饰材料、生活用品及人类日常活动产生，这些物质通常以微量和痕量水平出现，量微而极易被忽视，然而挥发性有机污染物具有毒性、刺激性和致癌性，在通风不充分的室内条件下，长期滞留积累，会破坏人类的皮肤和粘膜，严重的会造成“致癌、致畸、致突变”的后果，对人体健康产生严重危害。因此室内空气污染已经成为不可忽视的环境问题，引起了国内外的高度重视，成为研究的焦点。

对于挥发性有机污染物的处理主要有物理方法如吸附法、吸收法、冷凝法等，也存在生物膜法等，但是以往的处理方法往往存在一定的局限性，物理法只能将污染物在不同的物质中进行转移，无法达到去除污染物的目的，而生物法受到温度、酸碱度、底物浓度等一系列条件的影响，处理效果不甚理想。光催化降解已经成为现代社会广泛关注的热点，光催化氧化法具有无毒、安全、稳定性好、催化活性高、见效快、能耗低、可重复使用等诸多优点。研究发现纳米TiO₂光催化剂具有无毒无害，对环境友好且便宜等特点，在水体和空气的净化处理中都有巨大潜力，因此被广泛使用于光催化氧化的催化剂。但是这种 材料也有一些缺点限制它的广泛应用，其中一个缺点便是反应物必须吸附在纳米TiO₂光催化剂表面才能发生催化反应，以往的非粉末状纳米TiO₂光催化剂催化剂虽能发生氧化降解作用，但是接触面积仍有限制，导致纯纳米TiO₂光催化剂催化效率受限，处理效果无法达到最优状态。

目前，已有大量UV光源用于催化氧化过程，然而光源的能耗较大，无法达到节能、高效的目的。已有研究表明，光催化氧化纳米TiO₂光催化剂表面会生成活性物质，而该种活性物质在没有光照的条件下仍能保持几秒的活性，即在黑暗条件下能利用富余的活性物质的能量进行降解去除过程，处理同样浓度的污染物，间歇控制照明周期所需的光能较持续照明所需的光能更小，达到高效节能的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种采用纳米TiO₂催化氧化丙酮的空气净化系统，解决现有技术中TiO₂利用率低、光源照射能耗大的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：采用纳米TiO₂催化氧化丙酮的空气净化系统，包括光催化反应器、用于产生丙酮气体反应混合物的预处理系统和用于产生间歇平行光束的光照控制系统，所述光催化反应器内设有粉末状纳米TiO₂，光催化反应器上开设有供间歇平行光束进入的石英窗，光催化反应器的出气口和进气口之间顺序连接有循环泵、丙酮气体检测仪和循环气阀，所述循环泵的进气口还与所述预处理系统连接，所述丙酮气体检测仪的出气口还连接有排气阀；丙酮气体检测仪检测丙酮气体浓度，超过设定的空气排放标准值，则打开循环气阀、关闭排气阀，否则关闭循环气阀、打开排气阀。

作为本发明的进一步改进，所述光照控制系统包括电脑控制系统、脉冲发生器、放大器、示波器、与石英窗对应设置的UV-LED、设于UV-LED和石英窗之间的石英冷凝器和由UV-LED照射导通的光电二极管；脉冲发生器的输出端、UV-LED的输出端分别与示波器的两个信号输入端连接，其中与UV-LED的输出端相连的信号输入端还与所述光电二极管的负极连接，光电二极管的正极接地，光电二极管的两端还并联有负载阻抗；UV-LED的输出端还通过电流控制电阻器与示波器连接，电流控制电阻器与示波器连接的电节点接地；所述脉冲发生器由电脑控制系统控制产生高频矩形信号传至放大器，放大器输出矩形脉冲电流至UV-LED。

作为本发明的进一步改进，所述预处理系统包括：混合室、水饱和装置、丙酮饱和装置和用于去除空气中CO₂、水和颗粒物的空气净化器，空气净化器的出气口连接有三条气路：第一条气路通过水饱和装置、第一质量流量控制器与混合室连通；第二条气路通过第二质量流量控制器与混合室连通；第三条气路通过减压器、丙酮饱和装置、和第三质量流量控制器与混合室连通；混合室的出气口与所述循环泵的进气口连通。

作为本发明的进一步改进，所述排气阀的出气口还连接有TiO₂回收过滤装置。