[发明专利]一种高效光触媒空气净化方法

说明书

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种高效光触媒空气净化方法。

背景技术

光触媒技术广泛用于消除空气中的挥发性有机物(VOCs)，并被证明能将VOCs降解为二氧化碳和水等无害物质。现有光触媒空气净化方法都采用气-固界面光触媒过程，对应的净化装置一般采用固定床方式设计，比如专利CN 204501803U提出使用附着纳米二氧化钛光催化剂的网板作为净化芯体，专利CN 204227594U提出使用椭圆形的板材上负载纳米二氧化钛光催化剂来净化空气。类似的应用报道还出现在专利CN 104819520A和CN 104833008A中。这类气-固界面光触媒设计都是将光触媒材料附着在陶瓷或者金属基体材料上，形成层状、笼状或者蜂巢结构的触媒床。当空气流经触媒床时，污染物被吸附到触媒床表面并发生降解，从而获得干净空气。这种净化装置的光触媒过程发生在气-固两相界面上，存在如下问题：1)触媒剂因空气吹扫容易从基体材料上脱落，导致装置使用寿命短；2)触媒剂表面由于吸附中间产物而导致触媒剂失活，使得净化效率下降迅速；3)挥发性中间产物逸出空气净化装置形成次生污染；4)固定床方式的触媒剂表面利用效率低下。

最近有研究报道使用二氧化钛悬浮液的形式来进行光催化气体降解(“Degradation of VOC gases in liquid phase by photocatalysis at the bubble interface”)，其过程为：污染空气进入催化剂悬浮液后形成微气泡，有机物转移至催化剂表面发生光催化降解，净化后空气流出悬浮液。该方式可有效克服传统固定床净化装置遇到的上述问题，然而，其仅能处理低浓度(2.5-15ppm)的污染空气，实用性较差。

综上所述，本领域亟需一种使用寿命长、净化效率高、处理浓度大及次生污染小的空气净化方法。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高效光触媒空气净化方法，该方法包括如下步骤：

(1)将污染空气分散成0.5-100um尺寸的微小气泡；

(2)在紫外线照射下，将步骤(1)所得微小气泡与触媒悬浮液接触进行光触媒反应，得到洁净空气；

所述触媒悬浮液由触媒剂、助剂和水组成，所述触媒剂为常规触媒材料或经过包括氮、碳、铁或铂元素掺杂的常规触媒材料，所述常规触媒材料包括ZnO、ZrO₂、TiO₂或CdS，所述触媒剂用量占所述触媒悬浮液重量的0.01-0.1％。所述助剂为含金属阳离子无机物，包括硫酸钠、硝酸钠、氯化镁、硝酸银、硝酸镍或氯化钴，所述助剂的重量占所述触媒悬浮液重量的0.01-0.1％。

优选的，所述方法还包括步骤：经过光触媒反应后，部分或全部脱去净化后空气中的水分，得到湿度适合的洁净空气。

步骤(1)中，制备微小气泡时，利用曝气盘或者微孔曝气头进行。

步骤(2)中，利用鼓风机或者空气压缩机将分散后的空气输送至触媒悬浮液中。

步骤(2)中所述紫外线的波长为280～190nm。

所述常规触媒材料为颗粒状，粒径为10nm-100μm。

所述污染空气中污染物为挥发性有机物，例如苯。

尽管已有研究报道使用二氧化钛悬浮液在鼓泡式反应器中降解挥发性有机物(“Degradation of VOC gases in liquid phase by photocatalysis at the bubble interface”)，但本发明中的触媒悬浮液不仅包含触媒剂，还使用以金属阳离子为核心的无机盐助剂。

发明人惊喜的发现，助剂的加入能够大幅度的提高空气净化能力，可以高效的净化含高浓度污染物的空气。如本发明的实施例所示，当污染空气中的苯的浓度高达260ppm时，本发明的净化效率仍高达85％。

本发明的触媒悬浮液长期稳定，在达到净化装置的使用寿命前，无需对其进行更换。

以下是对本发明运作方式的技术说明，值得指出的是，在下述说明中，本发明是利用一些装置来进行的，但所提及的装置仅仅是适于本发明所述空气净化方法的例子，不能理解为对本发明的限制，任何与这些装置原理相同、结构相近的装置均适合本发明。