经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置
阅读：470发布：2020-08-15
专利汇可以提供经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供和包括用于生产基本非 水 合并基本不含臭 氧 的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的装置和方法。，下面是经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置专利的具体信息内容。
1.用于产生非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置，所述装置包括：
a. 外壳；
b. 提供空气流的空气分配机构；
c. 在其表面上具有催化剂的5至750纳米厚的透气基材结构体；
d. 紫外（UV）光源；且
其中
所述空气流流过所述透气基材结构体；且
所述装置在运行时产生经纯化的过氧化氢气体并将其导出所述外壳。
2.权利要求1的装置，其中所述空气流包括大于14°的对所述透气基材结构体的入射角。
3.权利要求1的装置，其中所述空气流包括68°至90°的入射角。
4.权利要求2的装置，其中所述入射角为90°。
5.权利要求1的装置，其中所述空气流包括具有至少5%的湿度的空气。
6.权利要求1的装置，其进一步包括加湿器。
7.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体的厚度选自5纳米至15纳米、15纳米至
30纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米。
8.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体的厚度为20纳米至40纳米。
9.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体的厚度为100纳米至200纳米。
10.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体是具有10%至60%的开孔面积百分比的网格。
11.权利要求10的装置，其中所述透气基材结构体是具有20%至60%的开孔面积百分比的网格。
12.权利要求10的装置，其中所述开孔面积百分比选自10%至20%、20%至30%、30%至40%、
40%至50%和50%至60%。
13.权利要求10的装置，其中所述开孔面积百分比为36%至38%。
14.权利要求10的装置，其中所述开孔面积百分比为37%。
15.权利要求1的装置，其中所述紫外光源提供的紫外光以0.1瓦特/平方英寸至150瓦特/平方英寸的强度照射在所述透气基材结构体的基材表面。
16.权利要求15的装置，其中所述强度为2.5至7.4瓦特/平方英寸。
17.权利要求16的装置，其中所述强度为5瓦特/平方英寸。
18.权利要求1的装置，其中所述紫外光源提供的紫外光包括190纳米至460纳米的波长。
19.权利要求1的装置，其中所述紫外光源提供的紫外光不包括低于187纳米的波长。
20.权利要求18的装置，其进一步包括阻断具有188纳米或更小波长的紫外光的滤光器。
21.权利要求16的装置，其中所述紫外光的波长为340纳米至380纳米。
22.权利要求18的装置，其中所述紫外光的至少90%的功率在340纳米至380纳米之间发射。
23.权利要求22的装置，其中所述紫外光的至少99%的功率在350纳米至370纳米之间发射。
24.权利要求18的装置，其中少于1%的所述紫外光是具有280纳米至315纳米的波长的紫外光B辐射。
25.权利要求24的装置，其中所述紫外光B辐射少于总辐射的0.1%。
26.权利要求22的装置，其中所述紫外光具有在362纳米的最大强度。
27.权利要求1的装置，其进一步包括一个或多个过滤器以在空气流流过所述透气基材结构体之前从所述空气流中除去选自氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、挥发性有机分子（VOM）、家庭粉尘、花粉、尘螨碎屑、霉菌孢子、宠物皮屑、烟、霾和细菌中的一种或多种污染物。
28.权利要求27的装置，其中所述一个或多个过滤器是有机蒸气过滤器、颗粒物过滤器、高效过滤器、疏水过滤器、活性炭过滤器或其组合。
29.权利要求27的装置，其中所述污染物包含一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫、甲醛、乙醛、甲苯、丙醇或丁烯。
30.权利要求27的装置，其中所述一个或多个过滤器包括能够捕获尺寸为0.3微米至10微米的颗粒的颗粒物过滤器。
31.权利要求27的装置，其中所述一个或多个过滤器包含沸石。
32.权利要求1的装置，其中所述空气流以5纳米/秒（nm/s）至10,000 nm/s的流速流过所述透气基材结构体。
33.权利要求32的装置，其中所述流速选自5 nm/s至15 nm/s、15 nm/s至30 nm/s、30 nm/s至50 nm/s、50 nm/s至75 nm/s、75 nm/s至100 nm/s、100 nm/s至250 nm/s、250 nm/s至500 nm/s、500 nm/s至750 nm/s、750 nm/s至1000 nm/s、1000 nm/s至2,500 nm/s、2,500 nm/s至5,000 nm/s、5,000 nm/s至7,500 nm/s和7,500 nm/s至10,000 nm/s。
34.权利要求1的装置，其中所述空气具有小于1秒的在所述催化剂表面上的停留时间。
35.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体进一步包含吸湿添加剂。
36.权利要求35的装置，其中所述吸湿添加剂选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁、碳酸氢镁、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氯化锌、氯化钙、氯化镁、磷酸钠、磷酸钾、磷酸镁、光卤石、柠檬酸铁铵、尼龙、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯、纤维素和聚(甲基丙烯酸甲酯)。
37.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体在所述催化剂表面上的pH大于7.0。
38.权利要求1的装置，其中所述空气流在面向所述紫外光源提供的紫外光的透气基材结构体侧上保持较高空气压力。
39.权利要求1的装置，其中所述空气分配机构是风扇。
40.权利要求1的装置，其中所述催化剂是选自二氧化钛、铜、氧化铜、锌、氧化锌、铁、氧化铁、钨、三氧化钨及其混合物的金属或金属氧化物催化剂。
41.权利要求40的装置，其中所述金属或金属氧化物催化剂进一步包含助催化剂。
42.权利要求41的装置，其中所述助催化剂选自铂、银、金、镍、钯、二氧化钛陶瓷或挤出陶瓷。
43.权利要求1的装置，其中所述透气基材结构体包含聚合物、碳纤维或玻璃纤维。
44.权利要求1的装置，其中所述空气流具有小于80%的相对湿度。
45.权利要求44的装置，其中所述空气流具有10%至80%的相对湿度。
46.权利要求1的装置，其中所述装置产生少于0.015 ppm臭氧。
47.权利要求1的装置，其中所述装置产生1 ppm 经纯化的过氧化氢气体/小时。
48.在安装到暖通空调（HVAC）系统中时用于产生非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置，所述装置包括：
a. 在其表面上具有催化剂的5至750 nm厚的透气基材结构体；和
b. 紫外（UV）光源；
其中在运行时空气流从暖通空调系统流过所述透气基材结构体并且所述装置产生经纯化的过氧化氢气体并将该经纯化的过氧化氢气体导离所述在其表面上具有催化剂的透气基材结构体并导入经供暖、通风和空调的空间中。
49.权利要求48的装置，其中所述空气流包括至少14°的对所述透气基材结构体的入射角。
50.权利要求49的装置，其中所述空气流包括68°至90°的入射角。
51.权利要求49的装置，其中所述入射角为90°。
52.权利要求48的装置，其中所述空气流包括具有至少20%的湿度的空气。
53.权利要求52的装置，其中所述暖通空调系统进一步包括加湿器。
54.权利要求48的装置，其中所述透气基材结构体的厚度小于750纳米。
55.权利要求54的装置，其中所述透气基材结构体的厚度为100纳米至200纳米。
56.权利要求48的装置，其中所述透气基材结构体是具有20%至60%的开孔面积百分比的网格。
57.权利要求48的装置，其中所述光源是包括190纳米至460纳米的波长的紫外光。
58.权利要求57的装置，其中所述紫外光不包括低于187纳米的波长。
59.权利要求48的装置，其进一步包括阻断具有188纳米或更小波长的紫外光的滤光器。
60.权利要求48的装置，其中所述暖通空调系统进一步包括一个或多个过滤器以在空气流流过所述透气基材结构体之前从所述空气流中除去选自氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、挥发性有机分子（VOM）、家庭粉尘、花粉、尘螨碎屑、霉菌孢子、宠物皮屑、烟、霾和细菌中的一种或多种污染物。
61.权利要求60的装置，其中所述一个或多个过滤器是有机蒸气过滤器、颗粒物过滤器、高效过滤器、疏水过滤器、活性炭过滤器或其组合。
62.权利要求60的装置，其中所述污染物包含一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫、甲醛、乙醛、甲苯、丙醇或丁烯。
63.权利要求60的装置，其中所述一个或多个过滤器包括能够捕获尺寸为0.3微米至10微米的颗粒的颗粒物过滤器。
64.权利要求60的装置，其中所述一个或多个过滤器包含沸石。
65.权利要求48的装置，其中所述空气流以5 nm/s至10,000 nm/s的流速流过所述透气基材结构体。
66.权利要求48的装置，其中所述空气流具有小于1秒的在所述催化剂表面上的停留时间。
67.权利要求48的装置，其中所述催化剂是选自二氧化钛、铜、氧化铜、锌、氧化锌、铁、氧化铁、钨、三氧化钨及其混合物的金属或金属氧化物催化剂。
68.权利要求67的装置，其中所述金属或金属氧化物催化剂进一步包含助催化剂。
69.权利要求68的装置，其中所述助催化剂选自铂、银、金、镍、钯、二氧化钛陶瓷或挤出陶瓷。
70.权利要求48的装置，其中所述装置产生少于0.015 ppm臭氧。
71.权利要求48的装置，其中所述装置产生1 ppm 经纯化的过氧化氢气体/小时。
72.权利要求44的装置，其中所述空气流具有30%至60%的相对湿度。
73.权利要求44的装置，其中所述空气流具有35%至40%的相对湿度。
74.权利要求44的装置，其中所述空气流具有56%至59%的相对湿度。
经纯化的过氧化氢气体发生方法和装置
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求2014年5月5日提交的美国临时申请第61/988,535号的优先权，其全文经此引用并入本文。
[0003] 领域
[0004] 本公开总体上涉及用于生产经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的方法和装置。更具体地，本公开涉及改进的透气表面、催化表面和用于增加PHPG产量的方法。
[0005] 背景
[0006] 病原微生物、霉菌（molds）、霉（mildew）、孢子以及有机和无机污染物在环境中常见。环境空间中的微生物控制和消毒对改善健康是合意的。过去已使用许多方式以试图净化空气和消毒表面。例如，通过例如光催化氧化过程产生的活性氧类（ROS）已知可以氧化有机污染物并杀死微生物。更特别地，羟基自由基、氢过氧自由基、氯和臭氧——光催化反应的最终产物，已知能够氧化有机化合物和杀死微生物。但是，不仅由于效力限制还由于安全问题，已知方法和装置受到限制。
[0007] ROS是用于描述由环境潮湿空气暴露在紫外光下产生的高度活化空气的术语。紫外范围内的光发出在被吸收时具有足以断裂化学键的能量的频率下的光子。在250-255纳米波长下的紫外光常用作生物杀灭剂。低于大约181纳米直至182-187纳米的光在其产生臭氧的能力方面可与电晕放电竞争。臭氧化和紫外辐射两者都用于社区水系统中的消毒。臭氧目前用于处理工业废水和冷却塔。
[0008] 过氧化氢众所周知具有抗微生物性质并已在水溶液中用于消毒和微生物控制。但是，在气相中使用过氧化氢的尝试过去受阻于生产经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的技术障碍。气化的过氧化氢水溶液产生由过氧化氢水溶液构成的微滴气溶胶。用于“干燥”气化过氧化氢（VHP）溶液的各种方法最多产生过氧化氢的水合形式。这些水合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。因此，由结合的分子水（其有力地改变被包封的过氧化氢分子的基本静电配置）极大降低了过氧化氢分子通过静电方式直接与环境相互作用的能力。此外，可实现的气化过氧化氢的最低浓度通常远高于1.0 ppm Occupational Safety and Health Administration (OSHA)工作场所安全限值，使得这些方法不适用于已占用的区域。
[0009] 已证实破坏流体中的有机污染物的光催化剂包括但不限于TiO2、ZnO、SnO2、WO3、CdS、ZrO2、SB2O4和Fe2O3。二氧化钛化学上稳定，其具有适用于UV/可见光光活化的带隙并相对便宜。因此，在过去三十年间已广泛研究了用于从污染的空气和水中除去有机和无机化合物的二氧化钛的光催化化学。
[0010] 由于光催化剂可以在被充足能量的紫外光活化时由吸附的水生成羟基自由基，它们表现出有望用于生产用于在气相中施加时释放到环境中的PHPG。但是，光催化剂的现有应用集中于生成含有许多不同反应性化学物类的等离子体。此外，光催化等离子体中的大部分化学物类可与过氧化氢反应并凭借破坏过氧化氢的反应抑制过氧化氢气体的产生。引入等离子体中的任何有机气体也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抑制过氧化氢产生。
[0011] 光催化反应器本身也限制用于释放到环境中的PHPG的生产。由于过氧化氢的化学势高于氧气以作为牺牲氧化剂被还原，其在光催化反应器中向下游移动时像通过水的氧化生成其一样快地优先被还原。
[0012] 表 1: 氧化/还原半反应
[0013]催化剂的光活化 标准还原电位
(eV)
hν h++e−（在TiO2催化剂上） ≤ -3.2
hν h++e−（在具有助催化剂的TiO2催化剂上） ≤ -2.85
由于电子-空穴重组而损失自由电子
h+ + e− 热（在TiO2催化剂上） ≥ 3.2
h+ + e− 热（在具有助催化剂的TiO2催化剂上） ≥ 2.85
羟基自由基的形成（只有在水吸附在催化剂上的活性位点上以防止电子-
空穴重组时）
h++H2O OH*+H+ 2.85
在浓缩等离子体反应器中通过自由电子还原而在热力学上有利的羟基自
由基损失，但在PHPG反应器中得到避免
OH*+e−+H+ H2O 2.02
羟基自由基组合形成过氧化氢，这在等离子体反应器中与自由电子还原相
比非热力学有利，但由PHPG反应器通过创建与自由电子分离的稀释羟基自
由基场而得到促进
2OH* H2O2 1.77
在浓缩等离子体反应器中会破坏任何过氧化氢，但由PHPG反应器通过创建
与自由电子和光分离的稀释羟基自由基场而得到避免的自发反应
2OH*+H2O2 2H2O+O2 2.805
H2O2+2 H++2 e− 2H2O 1.78
H2O2+hν 2OH*（通过光解） 1.77
e−+H2O2 OH*+OH- 0.71
在PHPG反应器中通过双氧（dioxygen）的强制还原生成过氧化氢，但在浓缩
等离子体反应器中不生成的反应
e− + O2 O2−（第一步骤非自发） - 0.13
2H+ + 2e− + O2 H2O（2 总反应） 0.70
在浓缩等离子体反应器中普遍但在不使用产生臭氧的光波长的PHPG反应
器中不发生的其它反应
O2 + hν 2O*（通过光解） ≤ -5.13
2O* + 2O2 2O3 2.99
O3+2 H++2 e− O2(g)+ H2O 2.075
O3+ H2O+2 e− O2(g)+ 2 OH- 1.24
过氧化氢的臭氧破坏
O3+H2O2 H2O+2O2 1.381
(eV)
hν h++e−（在TiO2催化剂上） ≤ -3.2
hν h++e−（在具有助催化剂的TiO2催化剂上） ≤ -2.85
由于电子-空穴重组而损失自由电子
h+ + e− 热（在TiO2催化剂上） ≥ 3.2
h+ + e− 热（在具有助催化剂的TiO2催化剂上） ≥ 2.85
羟基自由基的形成（只有在水吸附在催化剂上的活性位点上以防止电子-
空穴重组时）
h++H2O OH*+H+ 2.85
在浓缩等离子体反应器中通过自由电子还原而在热力学上有利的羟基自
由基损失，但在PHPG反应器中得到避免
OH*+e−+H+ H2O 2.02
羟基自由基组合形成过氧化氢，这在等离子体反应器中与自由电子还原相
比非热力学有利，但由PHPG反应器通过创建与自由电子分离的稀释羟基自
由基场而得到促进
2OH* H2O2 1.77
在浓缩等离子体反应器中会破坏任何过氧化氢，但由PHPG反应器通过创建
与自由电子和光分离的稀释羟基自由基场而得到避免的自发反应
2OH*+H2O2 2H2O+O2 2.805
H2O2+2 H++2 e− 2H2O 1.78
H2O2+hν 2OH*（通过光解） 1.77
e−+H2O2 OH*+OH- 0.71
在PHPG反应器中通过双氧（dioxygen）的强制还原生成过氧化氢，但在浓缩
等离子体反应器中不生成的反应
e− + O2 O2−（第一步骤非自发） - 0.13
2H+ + 2e− + O2 H2O（2 总反应） 0.70
在浓缩等离子体反应器中普遍但在不使用产生臭氧的光波长的PHPG反应
器中不发生的其它反应
O2 + hν 2O*（通过光解） ≤ -5.13
2O* + 2O2 2O3 2.99
O3+2 H++2 e− O2(g)+ H2O 2.075
O3+ H2O+2 e− O2(g)+ 2 OH- 1.24
过氧化氢的臭氧破坏
O3+H2O2 H2O+2O2 1.381
[0014] 另外，几个副反应生成变成光催化等离子体的一部分并抑制如上所述用于释放到环境中的PHPG的产生的各种物类。
[0015] 一般通过水的氧化产生羟基自由基并需要至少2.85 eV的氧化电位才能发生。催化剂因此必须被具有至少该所需能量的光子活化。具有低于2.85 eV的能量的光子不产生羟基自由基，但具有至少1.71 eV的能量的光子可以将过氧化氢光解成羟基自由基。由于过氧化氢的破坏，应该避免过多具有1.71 eV或更高能量的光。
[0016] 在等离子体反应器内——其中自由电子有可能与羟基自由基重组并形成氢氧离子，这是热力学上有利的反应，因为其具有最高还原电位2.02 eV。具有较低还原电位的所有反应（如羟基自由基组合形成过氧化氢，1.77 eV）不是有利的。在发生过氧化氢形成的罕见情况下，将生成两个自由电子的化学计量过量。在这种情况下，自由电子的化学计量过量使得有可能发生更低电位反应，最尤其是过氧化氢分子还原成羟基自由基和氢氧离子（0.71 eV），然后通过该自由基和该离子的分开还原进一步还原成水。
[0017] 在等离子体反应器中，丰富的自由电子确保羟基自由基的还原占优势，并且理论上可能形成的任何过氧化氢立即还原回水。
[0018] 与之相比，在PHPG反应器中，过氧化氢的生成是有利的，因为该反应器将羟基自由基与自由电子分离，以防止羟基自由基还原成水。这允许发生次有利（the next most favored）的反应，即羟基自由基组合形成过氧化氢。过氧化氢可通过分解（过氧化氢分子相互的反应）还原回水，但通过确保生成的过氧化氢是稀的而使这一效应最小化。
[0019] 由于PHPG反应器将羟基自由基与留在催化剂上的自由电子分离，也强制自由电子还原另一物类，在这种情况中是双氧。双氧至超氧离子（superoxide ion）的还原具有负还原电位-0.13 eV，这表明其非自发，但只是轻微如此。通过自由电子积聚在催化剂上以生成提高的热力学还原压力而克服该非自发性。这种非自发反应是氧气还原成过氧化氢的四个步骤的第一个，其余三个步骤都是自发的。重要的是指出，当所有四个步骤组合成单个还原反应时，总电位为正，或自发的。容易忽略的事实是，必须发生非自发的第一步骤才能接着发生其余三个自发步骤。
[0020] 通过将羟基自由基与留在催化剂上的自由电子分离（removal）而强制双氧还原成过氧化氢当然导致理想地生成还更多的过氧化氢。
[0021] 表1中所列的反应是最相关的。可以增加本领域中已知的其它反应并且它们对催化剂表面上的反应的相对贡献取决于它们与关键反应相比的相对电位。值得注意地，如在由等离子体反应器形成臭氧时，引入了破坏过氧化氢的另一高电位反应。为了完全避免臭氧产生，只需要避免使用在186纳米和更低波长的光。
[0022] 用于活化光催化剂的光的波长也足够高能以光解过氧化氢分子中的过氧键并且也是用于释放到环境中的PHPG的产生中的抑制剂。此外，使用产生臭氧的光波长的实践在光催化等离子体中引入破坏过氧化氢的又一物类。
[0023] O3 + H2O2 H2O至2O2
[0024] 在实践中，光催化应用集中于产生用于氧化有机污染物和微生物的通常含臭氧的等离子体。这样的等离子体主要在反应器本身的界限内有效，就本性而言在反应器界限外具有有限的化学稳定性，并积极降解它们可能含有的有限量的过氧化氢气体。此外，由于等离子体主要在反应器本身内有效，许多设计将停留时间最大化以促进有机污染物和微生物在经过反应器时的更完全氧化。由于过氧化氢具有如此高的电位以被还原，最大化停留时间导致最小化的过氧化氢输出。
[0025] 光催化的大部分应用也产生环境上不被许可的化学物类。其中首要的是臭氧本身——许多系统的有意产物。此外，由于经过反应器的有机污染物很少在一次暴露中氧化，必需多次空气交换才能实现完全氧化成二氧化碳和水。在发生不完全氧化时，该反应器产生醛、醇、羧酸、酮和其它部分氧化有机物类的混合物。通常，光催化反应器实际上可通过将大有机分子分馏成多种小有机分子（如甲醛）而提高空气中的有机污染物总浓度。
[0026] 气化过氧化氢水溶液的方法最多产生过氧化氢的水合形式。此外，尽管光催化系统能够生产过氧化氢，但它们具有多种严重抑制用于释放到环境中的PHPG的产生的限制。申请人之前已经在美国申请第12/187,755号（其在2012年5月1日作为美国专利公开第
2009/0041617号公开，并全文经此引用并入本文）中公开了用于生产PHPG的方法和装置。
2009/0041617号公开，并全文经此引用并入本文）中公开了用于生产PHPG的方法和装置。
[0027] 公开领域
[0028] 本申请提供和包括用于生成经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的装置和方法。
[0029] 发明概述
[0030] 本公开提供和包括用于生产非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的改进的装置，所述装置包括外壳、提供空气流的空气分配机构、在其表面上具有催化剂的透气基材结构体、光源，其中在运行时所述空气流通过所述透气基材结构体并且所述装置生产PHPG并将其导出所述外壳。
[0031] 本公开提供和包括在安装到暖通空调（HVAC）系统中时用于生产非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置，所述装置包括在其表面上具有催化剂的透气基材结构体和光源，其中在运行时空气从HVAC系统流过所述透气基材结构体并且所述装置生产PHPG并将其导离透气基材结构体并导入经供暖、通风和空调的空间中。
[0034] 图2A至2C是根据本公开的示例性独立PHPG发生装置的图示。
[0035] 详述
[0037] 本公开提供和包括用于生产非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）的装置。在根据本公开的方面中，用于生产非水合的经纯化的气体的装置包括外壳、空气分配机构、紫外光源、在其表面上具有催化剂的透气基材结构体，其中在该装置运行时空气流通过透气基材结构体并将该装置生成的PHPG导出外壳。
[0038] 在根据本公开的方面中，该装置生产PHPG并将PHPG气体导出外壳。不受理论限制，但PHPG气体的生产是速率限制的并取决于来自空气的湿气吸附到催化剂活性位点上的速率。因此，PHPG气体生产的最大速率据信依赖于湿度并可假设下列条件计算：1. 完全水合的催化剂；2. 光强度足以提供催化剂的完全活化；3. 100%生产而没有归因于过氧化氢光解或过氧化氢分解的损失；和4. 大量过量的氧气以供还原。由于两个光子产生两个羟基自由基、两个自由电子和两个氢离子，且氧分子易得，因此产生两个过氧化氢分子。因此在极其理想的情况下所用光子与产生的过氧化氢分子的比率为1:1。在P25等级的TiO2上存在多至14 x 1014个活性位点/平方厘米。在P90等级的TiO2上存在多至42 x 1014个活性位点/平方厘米。因此，完全水合的催化剂最多可即刻使用吸附的水产生42 x 1014个过氧化氢分子。此后，生产速率将取决于新的水吸附到催化剂上的速率，这依赖于湿度。
[0039] 在另一方面中，该装置以足以在10立方米的封闭空气体积中建立至少0.005 ppm的PHPG稳态浓度的速率生产PHPG。
[0040] 在一个方面中，该装置在10立方米（m3）的空气体积中产生至少0.005 ppm的浓度，其中每小时用新鲜的不含PHPG的空气替换10%的空气体积。
[0041] 在根据本公开的方面中，可以在一定体积的空气中测量过氧化氢气体。由于还没有容易得到的装置来测量低于0.10 ppm水平的过氧化氢气体，因此可以使用随时间经过测量过氧化氢量的方法或利用经校准的泵的方法。在一个方面中，可以使用常用于测量水溶液中的近似浓度的过氧化氢试纸条随时间经过检测PHPG的存在。在一个方面中，过氧化氢试纸条可以测量多达1小时的累积PHPG以提供精确至0.01 ppm内的PHPG浓度的近似读数。在某些方面中，在暴露15个20秒的间隔时，经5分钟过程累积0.5 ppm的试纸条指示0.033 ppm（例如0.5 ppm除以15）的近似浓度。在另一些方面中，设计成在使用经校准的泵吸入
2000立方厘米空气后检测低至0.10 ppm的过氧化氢浓度的Draeger管在使用更大体积的空气用于测量时提供精准至0.005 ppm内的更低浓度读数。在某些方面中，在吸入4000立方厘米后指示在0.10 ppm的PHPG测量值的Draeger管提供0.05 ppm的浓度。在另一方面中，在吸入6000立方厘米后指示0.10 ppm的Draeger管测得0.033 ppm的近似PHPG浓度。
2000立方厘米空气后检测低至0.10 ppm的过氧化氢浓度的Draeger管在使用更大体积的空气用于测量时提供精准至0.005 ppm内的更低浓度读数。在某些方面中，在吸入4000立方厘米后指示在0.10 ppm的PHPG测量值的Draeger管提供0.05 ppm的浓度。在另一方面中，在吸入6000立方厘米后指示0.10 ppm的Draeger管测得0.033 ppm的近似PHPG浓度。
[0042] 根据本公开，非水合的经纯化的过氧化氢气体（PHPG）包含基本上无水合、臭氧、等离子体物类或有机物类的气态过氧化氢（H2O2）。
[0043] 本文所用的术语“基本上无臭氧”是指低于大约0.015 ppm臭氧的臭氧量。在一个方面中，“基本上无臭氧”是指由该装置生产的臭氧量低于或接近使用常规检测装置的检出水平（LOD）。臭氧检测器是本领域中已知的并具有使用点电离检测以ppb计的检测阈值。合适的臭氧检测器是能够检测0.036至0.7 ppm臭氧的Honeywell Analytics Midas®气体检测器。
[0044] 本文所用的“基本上无水合”是指该过氧化氢气体至少99%无通过静电吸引和伦敦力结合的水分子。
[0045] 也如本文所用，基本上无等离子体物类的PHPG是指至少99%无氢氧离子、氢氧自由基（hydroxide radical）、水合氢离子（hydronium ion）和氢自由基的过氧化氢气体。
[0046] 本文所用的术语“更高”是指高至少大约3%、5%、7%、10%、15%、20%、25%、30%、50%、60%、70%、80%、90%或甚至几倍。
[0047] 本文所用的术语“改进”或“提高”是指提高至少大约2%、至少大约3%、至少大约4%、至少大约5%、至少大约10%、至少大约15%、至少大约20%、至少大约25%、至少大约30%、至少大约35%、至少大约40%、至少大约45%、至少大约50%、至少大约60%、至少大约70%、至少大约80%、至少大约90%或更大。
[0048] 本文所用的术语“大约”是指± 10%。
[0049] 术语“包含”、“包括”、“具有”和它们的词形变化是指“包括但不限于”。
[0050] 术语“由...构成”是指“包括并且限于”。
[0051] 术语“基本由...构成”是指组合物、方法或结构可包括附加成分、步骤和/或部件，但前提是该附加成分、步骤和/或部件不会实质改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特征。
[0052] 除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一个/种”和“该”包括复数指代对象。例如，术语“一种化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括它们的混合物。
[0053] 只要在本文中指示数值范围，其意在包括在指示范围内的任何列举数值（分数或整数）。短语“在第一指示数值和第二指示数值之间”和“从第一指示数值至第二指示数值”在本文中可互换使用并且意在包括第一和第二指示数值和在它们之间的所有分数和整数。
[0054] 本文所用的术语“方法”是指用于实现给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于农艺、化学、药理学、生物学、生物化学和医学领域的从业人员已知或容易由已知方式、手段、技术和程序发展的那些方式、手段、技术和程序。
[0055] 在根据本公开的方面中，外壳包括具有至少一个用于空气进入的开口和至少一个用于具有非水合的经纯化的过氧化氢气体的空气排出的开口的容积（volume）。在一个方面中，该外壳可以由塑料、金属、木材或玻璃制成。根据一些方面，该外壳可以不透明。在另一些方面中，该外壳可以对紫外光不透明并提供可见光谱中的光的透过。在一个方面中，该外壳可进一步包括在该装置内的反射表面以将光反射回具有催化剂的透气基材结构体并由此提高非水合的经纯化的过氧化氢气体的产量。在一个方面中，外壳可包括抗紫外光降解的材料。在根据本公开的方面中，该外壳可以由选自丙烯酸类、聚酯、聚硅氧烷、聚氨酯和卤化塑料的塑料制成。在一些方面中，该外壳可以由陶瓷或瓷料制成。在一些方面中，该外壳可以由聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙或聚氯乙烯制成。
[0056] 如本文所用，在另一些方面中，外壳可包含暖通空调（HVAC）系统。参照图1A至1C，用于生产PHPG的装置是安置在现有HVAC系统内的装置，其包括在其表面上具有催化剂的透气基材结构体102和如段落[00101]至[00109]中所引述的光源104。在另一些方面中，用于生产PHPG的装置是在构造过程中安置在HVAC系统中的装置。适合并入HVAC系统中的PHPG生产装置的一个方面例示在图1A至1C中。如所例示的，可以将合适的装置安装到根据适用的国家和国际标准具有矩形风道的现有HVAC系统中。合适的HVAC系统和适当的标准是本领域中已知的，例如由Sheet Metal & Air Conditioning Contractors’ National Association（SMACNA）开发的标准。例如，American National Standards Institute（ANSI）已经认可SMACNA作为标准制定组织。如本文中提供，适合安装到HVAC系统中的装置包括针对独立装置所引述的元件，但其中外壳和空气分配系统由HVAC系统提供。适合安装到HVAC系统中的装置可进一步包括附加空气分配系统（例如与作为整体的HVAC系统的空气分配系统分开）。适合安装到HVAC系统中的装置可进一步包括一个或多个附加过滤器以防止被粉尘或化学品污染。
[0057] 在根据本公开的方面中，装置包括空气分配机构以提供空气流。在一些方面中，该空气流是连续空气流。在另一些方面中，该空气流是不连续的。在根据本公开的方面中，该装置的空气流可以是通过透气基材结构体的空气层流。在另一些方面中，该空气流可以是通过透气基材的湍流。在再一方面中，该空气流可以是过渡的。在根据本公开的方面中，该装置的空气流可具有小于2300的雷诺数。在另一方面中，该装置的空气流可具有2300至4000的雷诺数。在再一方面中，该装置的空气流可具有大于4000的雷诺数。
[0058] 在一些方面中，将空气分配机构安置在透气基材结构体上游并提供通过该透气基材的空气流。在另一些方面中，将空气分配机构安置在透气基材之后并将空气抽过该基材。在某些方面中，通过一个或多个风扇提供空气流。在某些方面中，可以通过压缩空气源提供空气流。在一个方面中，该压缩空气源可以是压缩空气罐。在另一些方面中，可以通过空气压缩机和储罐提供压缩空气。在再一方面中，通过气候控制系统，如空调机、炉子或暖通空调（HVAC）系统提供空气流。
[0059] 在根据本公开的方面中，该装置可提供具有一定速度、方向和相对于透气基材结构体的入射角的空气流。
[0060] 本公开的装置具有足以使与光催化表面的接触时间最小化的空气流。更具体地，设计本公开的装置以使在光催化过程中生成的过氧化氢气体与光催化基材的接触最小化以使污染性的臭氧、氢氧离子、氢氧自由基、水合氢离子和氢自由基造成的过氧化氢降解最小化。臭氧生成和接触的这种最小化不同于“空气净化”过滤器和使用类似光催化原理的装置。不同于本公开的装置，空气净化器和过滤器被设计成使空气与催化表面和光催化等离子体的接触最大化。再进一步，之前的过滤器和净化器被设计成在封闭容积内工作并且被设计成不是排出PHPG而是已破坏或减少了挥发性有机化合物（VOC）、细菌、微生物、孢子、病毒和其它不合意污染物的“清洁”空气。类似地，之前的过滤器和净化器涉及产生臭氧和/或氢氧自由基，它们各自在本公开的装置中是不合意的。
[0061] 本公开的装置包括和提供能够提供具有在透气基材结构体的表面测得的大约5纳米/秒（nm/s）至10,000 nm/s的速度的空气流的空气分配机构。在某些方面中，该流速为5 nm/s至7,500 nm/s。在某些方面中，该流速为5 nm/s至5,000 nm/s。在某些方面中，该流速为5 nm/s至2,500 nm/s。在某些方面中，该流速为5 nm/s至5,000 nm/s。在某些方面中，该流速为5 nm/s至1,000 nm/s。在另一些方面中，在透气基材结构体处的空气流速为5至15 nm/s。在另一方面中，空气流速为15 nm/s至30 nm/s。在一个方面中，空气流速为30 nm/s至50 nm/s。在一个方面中，空气流速为50 nm/s至75 nm/s。在一个方面中，空气流速为75 nm/s至100 nm/s。在一个方面中，空气流速为100 nm/s至250 nm/s。在一个方面中，空气流速为
250 nm/s至500 nm/s。在一个方面中，空气流速为500 nm/s至750 nm/s。在一个方面中，空气流速为750 nm/s至1000 nm/s。在一个方面中，空气流速为1000 nm/s至2,500 nm/s。在一个方面中，空气流速为2,500 nm/s至5,000 nm/s。在一个方面中，空气流速为5,000 nm/s至
7,500 nm/s。在一个方面中，空气流速为7,500 nm/s至10,000 nm/s。如本文中提供，通过该透气结构体的最大空气流受羟基自由基至过氧化氢的反应和PHPG滴的生产速率限制。不受理论限制，但认为将羟基自由基保持在足够稀的平衡内，这促进它们组合形成过氧化氢，而在最低限度上分解成水和氧气。最大流量（flow）限制取决于透气结构体、催化剂、相对湿度和其它变量并且本领域普通技术人员可容易调节空气流以使PHPG产量最大化。在某些方面中，适用于HVAC系统的装置被设计成处理高至40,000立方英尺/分钟（CFM）的空气流。
250 nm/s至500 nm/s。在一个方面中，空气流速为500 nm/s至750 nm/s。在一个方面中，空气流速为750 nm/s至1000 nm/s。在一个方面中，空气流速为1000 nm/s至2,500 nm/s。在一个方面中，空气流速为2,500 nm/s至5,000 nm/s。在一个方面中，空气流速为5,000 nm/s至
7,500 nm/s。在一个方面中，空气流速为7,500 nm/s至10,000 nm/s。如本文中提供，通过该透气结构体的最大空气流受羟基自由基至过氧化氢的反应和PHPG滴的生产速率限制。不受理论限制，但认为将羟基自由基保持在足够稀的平衡内，这促进它们组合形成过氧化氢，而在最低限度上分解成水和氧气。最大流量（flow）限制取决于透气结构体、催化剂、相对湿度和其它变量并且本领域普通技术人员可容易调节空气流以使PHPG产量最大化。在某些方面中，适用于HVAC系统的装置被设计成处理高至40,000立方英尺/分钟（CFM）的空气流。
[0062] 本公开提供和包括大于100 CFM的通过透气基材结构体的空气流量（airflow rate）。在一个方面中，为用于HVAC系统的PHPG发生装置提供平均145 CFM的空气流。对于独立的PHPG发生装置，空气分配机构提供平均115 CFM通过透气基材结构体。
[0063] 本公开还包括和提供具有足以提供小于1秒的在催化剂表面上的停留时间的空气流速的装置。本领域普通技术人员会理解，在催化剂表面处可利用的时间受空气速度、入射角和基材厚度等参数影响。在根据本公开的方面中，该装置提供小于2秒的在透气基材的催化剂表面上的停留时间。在一个方面中，该停留时间小于1秒。在一些方面中，该停留时间小于500毫秒。在另一方面中，该停留时间小于250毫秒。在再一方面中，该停留时间为1至500毫秒。
[0064] 在方面中，该透气结构体处的空气流方向可以相对于透气结构体呈一定角度（入射角）提供。不同于本公开，美国专利号8,168,122、8,684,329和9,034,255中公开的PHPG生产装置提供具有垂直于薄透气基材结构体的空气流的用于由潮湿环境空气生产非水合的经纯化的过氧化物气体（PGPG）的扩散设备。在此，申请人示出了可以使用以至少14°的角度入射到透气基材的空气流实现PHPG的生产。不受理论限制，但相信可容许的入射角与透气基材结构体的厚度和空气流的速度相关。随着基材结构体的厚度降低，入射角也可降低，开始于90°（空气流与基材的角度），其通过保持过氧化氢在基材表面上的短停留时间而为PHPG生产提供最佳条件。类似地，对于给定的基材厚度，随着空气流的速度提高，入射角可以降低，然而低于14°的角度不导致生成可检出水平的PHPG。不受理论限制，但PHPG生产速率在90°入射角最大并在空气流的入射角为大约14°或更低时基本不可检出。在大约14℃至68℃，PHPG的产量稳步增加。意外地，在低至68℃的入射角，产生合适水平的PHPG，并与之前的报道一致地，当空气流垂直时出现最佳产量。相应地，具有平行于空气流的催化表面的现有技术装置不生产PHPG，即使入射光垂直。因此，被设计成在反应器内生成臭氧、过氧化物和其它反应性物类的现有技术装置不生产PHPG并且不将PHPG导出反应器外。
[0065] 在某些方面中，可以相对于透气基材结构体呈90°入射角（例如垂直于透气基材）提供空气流。对于给定的空气流和基材厚度，在具有90°入射角的装置中，非水合的经纯化的过氧化氢气体的停留时间最小。在根据本公开的方面中，最小入射角为14°。在另一些方面中，空气流相对于透气结构体的入射角为至少45°或更大。在另一方面中，入射角大于50°。在再一方面中，入射角大于60°。在再一方面中，入射角大于70°。在另一方面中，入射角大于75°。在一个方面中，入射角可以大于80°。在再一方面中，入射角可以大于85°。在再一方面中，入射角可以大于89°。在根据本公开的方面中，空气流的入射角可以相对于基材结构体为68°至90°。在另一些方面中，空气流的入射角可以相对于基材结构体为75°至90°。在另一些方面中，空气流的入射角可以相对于基材结构体为85°至90°。
[0066] 在根据本公开的方面中，通过透气基材结构体的空气流是潮湿空气。在某些方面中，该湿空气是环境潮湿空气。在另一些方面中，流过透气基材的空气的湿度等于或高于20% RH。在另一些方面中，流过透气基材的空气的湿度等于或高于30%。在一些方面中，相对湿度为35%至40%。在另一些方面中，环境空气的湿度可以为大约20%至大约99% RH。在另一些方面中，环境空气的湿度可以为大约20%至大约99% RH。在某些方面中，空气流的湿度小于80%。在一个方面中，该湿度为20%至80%。在再一些方面中，相对湿度为30%至60%。在另一方面中，该湿度为35%至40%。在一些方面中，流过透气基材结构体的空气的湿度为56%至
59%。在根据本公开的方面中，相对湿度为20%至80%。
59%。在根据本公开的方面中，相对湿度为20%至80%。
[0067] 在根据本公开的方面中，可以通过加湿补充通过透气基材结构体的空气流。在某些方面中，通过加湿器补充环境空气以提供具有至少20%湿度的空气流。在某些方面中，流过渗透性基材结构体的空气的相对湿度保持在20%至80%。在另一方面中，可以将空气加湿至30%或更高相对湿度。在一些方面中，经加湿的空气流的相对湿度为35%至40%。在另一些方面中，经加湿的空气的湿度可以为大约20%至大约99%或大约30%至99% RH。在一个方面中，加湿后的相对湿度小于80%。在一个方面中，加湿后的相对湿度为20%至80%。在再一些方面中，加湿后的相对湿度为30%至60%。在另一方面中，加湿后的相对湿度为35%至40%。在一些方面中，流过透气基材结构体的空气在加湿后的相对湿度为56%至59%。
[0068] 在根据本公开的方面中，装置可提供在空间内循环空气的空气流。在另一些方面中，装置可完全或部分提供包含新鲜空气的空气流。在某些方面中，该装置包括和提供来自外部或来自单独的通过滤空气流的新鲜空气源。在根据本公开的方面中，该装置可包括在在室内或建筑物内循环空气的空调和通风系统中。在一些方面中，可以为循环的室内或建筑物空气补充新鲜的室外空气。
[0069] 本公开的装置包括在表面上具有催化剂的透气基材结构体，其设置成在暴露在光源下并提供空气流时产生非水合的经纯化的过氧化氢气体。该基材结构体的厚度、透气度和表面催化剂可变。在某些方面中，该基材结构体可根据空气流的速率、空气流的入射角、光强度和催化剂类型而较厚或较薄。对厚度、空气流、空气流角度和其它参数的选择是为提供用来使过氧化氢分子在透气基材结构体表面上的停留时间最小化的基材表面形态。不受理论限制，但认为在基材表面上生成的过氧化氢气体从该表面释放并由此防止被基材或氢氧化物还原回水。
[0070] 在根据本公开的方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的总厚度为大约5纳米（nm）至大约750 nm。在某些方面中，该透气基材结构体的最大厚度为650纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为100至200纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为145至150纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为5纳米至15纳米。在另一方面中，该透气基材结构体的厚度为15纳米至30纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为20纳米至40纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为大约30纳米。在再一方面中，该透气基材结构体的厚度为30纳米至50纳米。在再一方面中，该透气基材结构体的厚度为50纳米至75纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为75纳米至100纳米。在再一方面中，该透气基材结构体的厚度为100纳米至250纳米。在再一方面中，该透气基材结构体的厚度为250纳米至500纳米。在某些方面中，该透气基材结构体的厚度为500纳米至750纳米。在根据本公开的方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的厚度为大约5纳米至100纳米。在一个方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的厚度为大约15纳米至100纳米。在一个方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的厚度为大约20纳米至100纳米。在一个方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的厚度为大约20纳米至75纳米。在一个方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的厚度为大约20纳米至50纳米。
[0071] 在根据本公开的某些方面中，在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的总厚度为大约750纳米（nm）至大约1000 nm。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为1000至2500纳米。在另一方面中，该透气基材结构体的厚度为2500纳米至5000纳米。在一个方面中，该透气基材结构体的厚度为5000纳米至7500纳米。在再一方面中，该透气基材结构体的厚度为7500纳米至10000纳米。
[0072] 在本公开中还提供和包括具有配置为网格（mesh）的透气基材结构体的装置。本文所用的“网格”是指在网或网络中的空间网络，包括绳、线或丝的网络。在一些方面中，网格可以是编织布或织物。在一些方面中，网格可以是编织不锈钢。在某些方面中，网格可以是成形为蜂窝的编织不锈钢。在另一些方面中，网格可以是无纺布或织物。在某些方面中，可以由实心板通过机械、热或化学引入空穴或穿孔制备网格。在一个方面中，可以由膜制备网格。
[0073] 在开发本公开的装置的过程中，观察到透气基材结构体需要具有至少20%开孔面积（open area）的网格以生成有效量的PHPG。类似地，当网格的开孔面积大于60%时，基本消除了PHPG生成。相应地，本公开提供和包括具有含20%至60%的开孔面积的网格和高至750纳米的最大厚度的透气基材结构体。上文在段落[0061]和[0062]中提供透气基材的合适厚度。还包括具有开孔面积为大约40%的网格的透气基材结构体。在一个方面中，网孔为大约200微米且线粗度为大约152微米。
[0074] 另外的测试表明，无纺布不适用于制备被催化剂涂覆的透气基材。不受理论限制，但认为不能确认合适的无纺材料是因为无纺材料的网格不规则或不充足。但是，相信可以制备合适的无纺材料。相应地，本公开包括和提供可用于制备PHPG发生装置的具有20至60%的网格和小于750纳米的厚度的无纺透气基材结构体。
[0075] 在根据本公开的方面中，网格大于20股（strand）/厘米。在某些方面中，网格的开孔面积小于大约120股/厘米。在一个方面中，网孔为大约200微米（µm），这在大约150微米的线粗度下对应于大约41%的开孔面积。在某些方面中，网格包括至少大约20%的开孔面积和大约48微米的线粗度。在某些方面中，网格具有25微米至220微米的孔尺寸并具有20%至40%的开孔面积。在另一些方面中，网格具有25微米至220微米的孔尺寸和48微米至175微米的线粗度。
[0076] 在根据本公开的方面中，可以制备在网或网络中具有空间的规则重复图案的网格。在另一些方面中，本公开的网格可具有空间的不规则或不重复图案。在再一方面中，该网格可以是无规排列的开放空间。在另一方面中，网格可具有蜂窝外观。在根据本公开的方面中，网格内的开放空间是圆形、三角形、正方形、多边形、多面体、椭圆形或球形。
[0077] 本公开的透气基材结构体可以由许多合适的材料制备。在某些方面中，透气基材结构体可包含催化剂。在另一些方面中，透气基材结构体可包含催化剂和助催化剂。在再一些方面中，透气基材结构体可包含催化剂、助催化剂和添加剂。在某些方面中，透气基材结构体可作为陶瓷制备。在再一些方面中，该透气基材结构体仅由催化剂或催化剂/助催化剂组合构成。
[0078] 本公开还提供经涂覆的透气基材。在一些方面中，透气基材结构体可包含被一种或多种催化剂涂覆的材料。在另一些方面中，透气基材结构体可包含被催化剂和一种或多种助催化剂涂覆的材料。在再一方面中，透气基材结构体可包含被催化剂、助催化剂和添加剂的混合物涂覆的材料。
[0079] 用于涂覆透气基材的方法是本领域中已知的。在某些方面中，用结晶二氧化钛粉末以一次或多次施加来涂覆透气基材并在炉中烧结。可通过各种方法将本公开的涂料施加到网格上，包括但不限于凝胶溶胶法、涂布（painting）、浸渍和粉末涂覆。在另一些方面中，本公开的催化剂、助催化剂和添加剂可通过辊涂（toll coating）、流延（tape casting）、超声喷涂和卷筒涂覆（web-based coating）施加到网格上。如本文中提供的施加催化剂、助催化剂和添加剂的方法如果其提供和包括保持如上文所引述的下方透气基材的网格则是合适的。
[0080] 根据本公开，透气基材结构体包含在涂覆后具有20%至60%的开孔面积百分比的网格。在另一方面中，该网格可具有20%至30%的开孔面积。在一个方面中，该网格可具有30%至40%的开孔面积。在再一方面中，该网格可具有40%至50%的开孔面积。在再一方面中，该网格可具有50%至60%的开孔面积。在某些方面中，该网格的开孔面积百分比可以为36%至38%。在一个方面中，开孔面积百分比为大约37%。
[0081] 本公开提供和包括具有5纳米至750纳米的厚度并具有10%至60%的网格开孔面积的透气基材结构体。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米的厚度并具有10%至20%的网格开孔面积。
在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至
500纳米和500纳米至750纳米的厚度并具有20%至30%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、
50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至
750纳米厚的厚度并具有30%至40%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有
40%至50%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至
250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有50%至60%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至
500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有36%至38%的网格开孔面积。
在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至
500纳米和500纳米至750纳米的厚度并具有20%至30%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、
50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至
750纳米厚的厚度并具有30%至40%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有
40%至50%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至
250纳米、250纳米至500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有50%至60%的网格开孔面积。在一个方面中，该基材结构体可具有选自5纳米至15纳米、15纳米至30纳米、20纳米至40纳米、30纳米至50纳米、50纳米至75纳米、75纳米至100纳米、100纳米至250纳米、250纳米至
500纳米和500纳米至750纳米厚的厚度并具有36%至38%的网格开孔面积。
[0082] 在另一些方面中，该透气基材结构体具有15纳米至250纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有15纳米至100纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至80纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至50纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。
[0083] 在另一些方面中，该透气基材结构体具有15纳米至250纳米的厚度并具有30%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有15纳米至100纳米的厚度并具有30%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至80纳米的厚度并具有30%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有30纳米至50纳米的厚度并具有30%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有30%至50%的网格开孔面积。
[0084] 在另一些方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有10%至60%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有20%至50%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有30%至40%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有36%至38%的网格开孔面积。在另一方面中，该透气基材结构体具有20纳米至40纳米的厚度并具有大约37%的网格开孔面积。
[0085] 适合用本公开的催化剂混合物涂覆的透气基材是本领域中已知的。在某些方面中，透气基材包含用催化剂或含催化剂的混合物涂覆，然后通过引入如上文提供的空穴或穿孔使其透气的实心板。在另一些方面中，透气基材包括已穿孔、随后用催化剂或催化剂混合物涂覆的实心板。
[0086] 适合用根据本公开的催化剂混合物涂覆的透气基材包括网格，如编织布或织物或无纺布或织物。如本文中提供，用催化剂混合物涂覆合适的网格要求不堵塞该网格并且该网格保持如上文提供的20%至60%的开孔面积。
[0087] 本公开的透气基材可以由聚合物、碳纤维、玻璃纤维、天然纤维、金属丝和可制备为网的其它材料制备。网格可以是由单丝合成或天然纤维或纱制备的编织网格。在另一些方面中，编织网格可以由复丝合成纤维或纱制备。本公开的编织网格可通过线支数（thread count）描述并具有线直径。编织网格包含在编织网格或织物中纵向行进的经线和与经线呈直角横穿织物宽度行进的纬线或纬向线（filling threads）。在包含单丝的编织网格中，在经向和纬向且正方形的网孔（或网眼）中存在相等直径的线和相等线支数。单丝编织网格可在经向和纬向中具有不同数量的线支数，以产生矩形网孔。编织网格可以多种多样的线支数获得。
[0088] 适用于本公开的装置的编织单丝网格包括具有50微米至1200微米的标称孔尺寸（例如网孔）的网格。在一个方面中，适合作为透气基材涂覆的编织单丝网格具有100至300微米的网孔。在另一方面中，透气基材是具有150至250微米的开孔的编织单丝网格。在再一方面中，透气基材是具有大约200微米的网孔的编织单丝网格。在一个方面中，该编织单丝网格具有175至225微米的开孔和125至175微米的线粗度。在再一方面中，该编织单丝网格具有大约200微米的开孔和约152微米的线粗度。
[0089] 在根据本公开的方面中，网格可以是挤出网格（也被称作“挤出网”）。在一个方面中，挤出网格可以是双平面挤出网格。在另一方面中，挤出网格可以是单平面网格。挤出网格可包含具有各种孔径（孔尺寸）、重量和厚度的网。挤出网格可以由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）共混物、交联聚乙烯（PEX）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）制备。
[0090] 在一个方面中，适合根据本公开涂覆的网格是玻璃纤维网格或布。在一些方面中，该玻璃纤维网格是玻璃纤维增强塑料（FRP）。在一些方面中，该玻璃纤维网格是编织网格。合适的编织玻璃纤维网格包括玻璃纤维布、玻璃纤维短切原丝毡、粗纱布（woven rovings）。在一些方面中，玻璃纤维布是粗纱布和短切原丝的组合。在另一方面中，玻璃纤维布是S-2 GLASSTM。在一些方面中，使用平纹组织、多枚缎纹组织（long shaft satin weave）、单向组织或斜纹组织制备该玻璃纤维布。在一个方面中，玻璃纤维布包含E-玻璃。
在另一方面中，玻璃纤维布包含C-玻璃。在再一方面中，玻璃纤维布包含E-玻璃和C-玻璃。
在一些方面中，将玻璃纤维网格或布与树脂结合以增强玻璃纤维材料。在一个方面中，该树脂是聚酯。在另一方面中，该树脂是环氧树脂。
在另一方面中，玻璃纤维布包含C-玻璃。在再一方面中，玻璃纤维布包含E-玻璃和C-玻璃。
在一些方面中，将玻璃纤维网格或布与树脂结合以增强玻璃纤维材料。在一个方面中，该树脂是聚酯。在另一方面中，该树脂是环氧树脂。
[0091] 在一个方面中，适合根据本公开涂覆的网格是聚合物。在一个方面中，网格可以是尼龙、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯/聚乙烯（PP/PE）共混物或合成纱或纤维。
[0092] 在根据本公开的方面中，可以由天然纤维，包括棉和羊毛制备网格。在一些方面中，该天然纤维是种子纤维、叶纤维、韧皮纤维、皮肤纤维、果实纤维或秸秆纤维。在另一些方面中，该天然纤维是大麻、剑麻、黄麻、洋麻或竹子。在一个方面中，可以由丝制备该网格。
[0093] 根据本公开的网格可以是金属网格或陶瓷网格。合适的金属网格包括电铸成型的筛网。适用于制备根据本公开的催化剂涂覆的透气基材的电铸成型的筛网可获自例如Industrial Netting (Minneapolis, MN)。电铸成型的筛网可具有8微米至5000微米或更大的孔尺寸。在某些方面中，该电铸成型的筛网为36%至98%开孔。在一些方面中，该电铸成型的筛网为36%至98%开孔并具有大约20纳米至75纳米的厚度。
[0094] 本公开的装置提供和包括在所述透气基材结构体的表面上的催化剂。在某些方面中，催化剂可以是包含一种或多种催化剂的催化剂混合物。在另一些方面中催化剂混合物可包含一种或多种催化剂和一种或多种助催化剂。在另一方面中，催化剂混合物可包含一种或多种催化剂和一种或多种添加剂。在再一方面中，催化剂混合物可包含一种或多种催化剂、一种或多种助催化剂和一种或多种添加剂。催化剂混合物可进一步包含增溶剂、粘合剂、粘度调节剂、等渗剂、pH调节剂、溶剂、染料、胶凝剂、增稠剂、缓冲剂及其组合。
[0095] 本领域普通技术人员会理解，催化剂的选择决定在用光源照射时发生的光催化的类型并进一步决定适用于生成非水合的经纯化的过氧化氢气体的光的波长和强度。如上文论述，通过光催化产生的羟基自由基必须在它们经历被催化剂上的自由电子或被通过光催化产生的其它反应性物类还原之前从催化表面除去。这迫使它们刚越过催化剂就组合形成过氧化氢。本领域普通技术人员会理解，非水合的经纯化的过氧化氢气体在透气基材上的停留时间取决于基材厚度、空气流的入射角和空气流速度。
[0096] 在根据本公开的方面中，透气基材结构体的表面上的催化剂是金属、金属氧化物或其混合物。在本公开中还提供和包括陶瓷催化剂。本公开的催化剂包括，但不限于，二氧化钛、铜、氧化铜、锌、氧化锌、铁、氧化铁或其混合物。例如在表2中提供合适的催化剂。在一些方面中，该催化剂是锐钛矿或金红石形式的二氧化钛。在某些方面中，该二氧化钛是锐钛矿形式。在一些方面中，该催化剂是金红石形式的二氧化钛。在另一些方面中，该二氧化钛催化剂是锐钛矿和金红石的混合物。锐钛矿吸收波长小于380纳米的光子，而金红石吸收波长小于405纳米的光子。还在表面上提供包含三氧化钨（WO3）（其使得能够利用具有至少2.85 eV的能量的完整光谱）的催化剂。这将光源扩展到超出单独的TiO2的活性范围的可见光范围。不受理论限制，WO3提供TiO2不支持的新能级并能够吸附具有足够能量的可见光以将水氧化成羟基自由基。相应地，本公开进一步提供和包括与合适的催化剂基材配对时提供在可见光范围内的波长的光源。
[0097] 表2: 具有合适的带隙能量的光催化剂
[0098]光催化剂 带隙能量(电子伏特(eV))
Si 1.1
WSe2 1.2
CdS 2.4
WO3 2.4-2.8
V2O5 2.7
SiC 3.0
TiO2 (金红石) 3.02
Fe2O3 3.1
TiO2锐钛矿 3.2
ZnO 3.2
SRTiO3 3.2
SnO2 3.5
ZnS 3.6
Si 1.1
WSe2 1.2
CdS 2.4
WO3 2.4-2.8
V2O5 2.7
SiC 3.0
TiO2 (金红石) 3.02
Fe2O3 3.1
TiO2锐钛矿 3.2
ZnO 3.2
SRTiO3 3.2
SnO2 3.5
ZnS 3.6
[0099] 在某些方面中，该催化剂可以是氧化钨或氧化钨与另一金属或金属氧化物催化剂的混合物。在一些方面中，该催化剂选自氧化钨(III)、氧化钨(IV)（WO2）、氧化钨(VI)（WO3）和五氧化二钨。在一个方面中，该氧化钨是二氧化钨（WO2）。在另一方面中，该催化剂可以是与铯助催化剂组合的三氧化钨（WO3）催化剂。（参见“Development of a High-performance Photocatalyst that is Surface-treated with Cesium”, 可在互联网上在www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2010/20100517/20100517.html获得）。
[0100] 本公开的催化剂可进一步包含一种或多种助催化剂。在某些方面中，助催化剂提供在可见光谱（例如大约390纳米至700纳米的波长）内的光吸收能力。合适的催化剂和制备催化剂以提供适用于具有在可见光谱内发射的光源的装置的催化剂的方法是本领域中已知的。参见Tukenmez, “Tungsten Oxide Nanopowders and Its Photocatalytic Activity under Visible Light Irradiation”, Thesis, Department of Molecular Biology, Umea University, Sweden, (2013)，可在互联网上在www.diva-portal.org/smash/get/diva2:643926/FULLTEXT01.pdf获得；Kim等人, “Photocatalytic Activity of TiO2 Films Preserved under Different Conditions: The Gas-Phase Photocatalytic Degradation Reaction of Trichloroethylene”, Journal of Catalysis 194(2):484-486 (2000)；Blake等人, “Application of the Photocatalytic Chemistry of Titanium Dioxide to Disinfection and the Killing of Cancer Cells”, Separation and Purification Methods 28(1):1-50 (1999)；Sugihara等人, “Development of a Visible Light Responsive Photocatalyst using Tungsten Oxide under Indoor Lighting”, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) (2008)。本公开的助催化剂包括，但不限于，铂、金、银、铜、镍、铯或钯。
在一些方面中，该助催化剂是选自金、铂、银、铑、钌、钯、锇和铱的贵金属。在一个方面中，该助催化剂是金。在另一方面中，该助催化剂是银。在再一方面中，该助催化剂是铂。在另一方面中，该助催化剂是挤出陶瓷。在某些方面中，该助催化剂是二氧化锆（ZrO2）。在一些方面中，该助催化剂是挤出二氧化钛陶瓷（参见Shon等人, “Visible Light Responsive Titanium Dioxide (TiO2) – a review”，可在epress.lib.uts.edu.au获得）。
在一些方面中，该助催化剂是选自金、铂、银、铑、钌、钯、锇和铱的贵金属。在一个方面中，该助催化剂是金。在另一方面中，该助催化剂是银。在再一方面中，该助催化剂是铂。在另一方面中，该助催化剂是挤出陶瓷。在某些方面中，该助催化剂是二氧化锆（ZrO2）。在一些方面中，该助催化剂是挤出二氧化钛陶瓷（参见Shon等人, “Visible Light Responsive Titanium Dioxide (TiO2) – a review”，可在epress.lib.uts.edu.au获得）。
[0101] 本公开还包括包含金属钯、铜和WO3的载体催化剂，它们提供进入可见光谱内的460纳米发生的光催化反应并提供催化剂上的活性的7倍增长。在另一些方面中，催化剂包含WO3和TiO2的共混物，其增加在410纳米波长下的光催化反应高达60倍。在再一方面中，WO3和TiO2的共混物允许使用包含在400纳米下的XE灯的光源。在另一些方面中，用氮离子或WO3掺入该催化剂以提供在可见光谱内的光催化反应。在另一些方面中，由包含TiO2和SiO2的共混物的光催化剂提供在可见光谱内的吸收以生成3.3 eV带隙。
[0102] 表3: 助催化剂和吸收波长
[0103]助催化剂 波长
金(AU) 可见
Pt
Ag
二氧化钛陶瓷 可见
金(AU) 可见
Pt
Ag
二氧化钛陶瓷 可见
[0104] 本公开的助催化剂可以相对于催化剂以各种量提供。一般而言，助催化剂可以以高至大约5%的水平提供。在某些方面中，助催化剂的量为5%或更小，尽管在某些方面中可以使用高至10%的合并量的助催化剂混合物。在某些方面中，催化剂总质量的高至1.0%可以是上述类型的助催化剂。在一些方面中，助催化剂总量为高至0.05%。在再一些方面中，助催化剂以0.005至0.05%提供。在一些方面中，助催化剂以0.01至0.05%提供。在另一方面中，助催化剂以0.01%至0.02%提供。在某些方面中，助催化剂以催化剂总质量的小于0.05%提供。
[0105] 本公开的催化剂可进一步包含一种或多种添加剂。在一个方面中，添加剂可以是吸湿添加剂。不受理论限制，但认为吸湿添加剂的存在提高光催化表面上的局部水浓度并由此在较低湿度水平下实现非水合的经纯化的过氧化氢气体生产和改进较高湿度水平下的PGPG生产效率。如本文中提供，具有吸湿剂的催化剂涂层扩大PHPG发生装置的效率并扩大其中PHPG发生装置有效工作并可以以足以在10立方米的封闭空气体积中建立至少0.005 ppm的PHPG稳态浓度的速率生产PHPG的相对湿度范围。在某些方面中，相对湿度可低至1%。在一个方面中，环境空气的湿度优选高于大约1%相对湿度（RH）。在某些方面中，相对湿度可以为1至99%。在另一些方面中，流过透气基材的空气的湿度为1%至20% RH。在另一些方面中，流过透气基材的空气的湿度等于或高于5%。在另一些方面中，环境空气的湿度可以为大约10%至大约99% RH。在另一些方面中，环境空气的湿度可以为大约10%至大约99% RH。在某些方面中，空气流的湿度小于80%。在一个方面中，湿度为10%至80%。在再一些方面中，相对湿度为30%至60%。在另一方面中，该湿度为35%至40%。在一些方面中，流过透气基材结构体的空气的湿度为56%至59%。
[0106] 在根据本公开的方面中，该吸湿添加剂可选自碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁、碳酸氢镁、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、氯化锌、氯化钙、氯化镁、磷酸钠、磷酸钾、磷酸镁、光卤石（KMgCl3·6(H2O)）、柠檬酸铁铵、尼龙、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯、纤维素、聚(甲基丙烯酸甲酯)及其组合。
[0107] 在根据本公开的方面中，该吸湿添加剂可以是盐。在某些方面中，吸湿添加剂可以是碳酸氢盐。在一个方面中，该吸湿添加剂是碳酸氢钠。在一个方面中，该吸湿添加剂是碳酸氢钾。在一个方面中，该吸湿添加剂是碳酸氢镁。在另一些方面中，吸湿添加剂可以是碳酸盐。在一个方面中，该吸湿碳酸盐是碳酸钠、碳酸钾或碳酸镁。在一些方面中，该吸湿添加剂可以是氢氧化物。在某些方面中，该吸湿添加剂可以是氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化镁。在一些方面中，该吸湿添加剂可以是氯化物。在某些方面中，该吸湿添加剂可以是氯化锌、氯化钙或氯化镁。在再一些方面中，该吸湿添加剂可以是磷酸盐。在某些方面中，该吸湿磷酸盐可以是磷酸钠、磷酸钾或磷酸镁。要理解的是，可以组合一种或多种吸湿化合物。
[0108] 一般而言，添加剂可以以高至大约5%的含量提供。在某些方面中，添加剂的量为5%或更小，尽管在某些方面中可以使用高至10%的合并量的添加剂混合物。在某些方面中，催化剂总质量的高至1.0%可以是上述类型的添加剂。在一些方面中，添加剂总量为高至0.05%。在再一些方面中，添加剂以0.005至0.05%提供。在一些方面中，添加剂以0.01至
0.05%提供。在另一方面中，添加剂以0.01%至0.02%提供。在某些方面中，添加剂以催化剂总质量的小于0.05%提供。
0.05%提供。在另一方面中，添加剂以0.01%至0.02%提供。在某些方面中，添加剂以催化剂总质量的小于0.05%提供。
[0109] 本公开还提供和包括具有6.0或更大的pH的催化剂表面。不受理论限制，但认为较高pH在光催化过程中提供改进的可氧化氢氧离子来源，由此增加非水合的经纯化的过氧化氢气体的产量。在一个方面中，该催化剂表面的pH大于pH 7.0。在另一方面中，该表面的pH为7.0至9.0。在一个方面中，该催化剂表面的pH为7.0至8.5。在一个方面中，该催化剂表面的pH为7.0至8.0。在一个方面中，该催化剂表面的pH为7.0至7.5。在另一方面中，该表面的pH为7.5至9.0。在一个方面中，该催化剂表面的pH为7.5至8.5。在一个方面中，该催化剂表面的pH为7.5至8.0。在另一方面中，该表面的pH为8.0至9.0。在一个方面中，该催化剂表面的pH为8.0至8.5。在某些方面中，该表面的pH为至少7.5。在某些方面中，该表面的pH为至少8.0。
[0110] 任选包含助催化剂和添加剂的本公开的催化剂可以根据本领域中已知的方法制备。合适的助催化剂和添加剂包括硝酸银、氧化铈和氧化锌。包含添加剂以减轻例如细菌生长和防止UV引发的催化剂和透气基材的降解。本公开的催化剂、助催化剂和添加剂可通过各种方法施加到网格上，包括但不限于凝胶溶胶法、涂布、浸渍和粉末涂覆。在另一些方面中，本公开的催化剂、助催化剂和添加剂可通过辊涂、流延、超声喷涂和卷筒涂覆施加到网格上。如本文中提供的施加催化剂、助催化剂和添加剂的方法如果其提供和包括保持如上文所引述的下方透气基材的网格则是合适的。
[0111] 在一个方面中，使用包括使用金属盐的醇溶液（alcoholic metal salt）作为催化材料的溶胶-凝胶法将该催化剂混合物施加到网格上。在某些方面中，该金属盐是Ti(OR)4。使用溶胶-凝胶法施加催化剂混合物可进一步包括在醇溶液中的有机和无机盐以进行水合反应，由此制造凝胶形式的有机金属化合物。该溶胶-凝胶法可进一步包括助催化剂，如WO3、SnO2、Fe2O3或ZnO。可通过将网格浸渍到该凝胶溶液中或将该溶液涂布到透气基材结构体上而施加该凝胶溶液。可通过控制浸渍速度或通过提供一个或多个涂层来控制施加到基材上的催化剂混合物的厚度。在干燥后，将经涂覆的基材烘烤，然后在高温下烧结。在某些方面中，该催化混合物可进一步包含贵金属或过渡金属。在一些方面中，该催化剂混合物可进一步包含贵金属，如Au、Pd、Pt或Ag，和一些过渡金属，如MoO3、Nb2O5、V2O5、CeO2或Cr2O3。
[0112] 本公开提供和包括具有能够照射在其表面上具有催化剂的透气基材结构体的光源的装置。不受理论限制，但在照射时，该催化剂吸收适当波长的光子并赋予价带电子能量。价带电子被激发至导带，以生成电子-空穴或价带空穴。在不存在吸附的化学物类的情况下，激发的电子将衰变并与价带空穴重组。当价带空穴从吸附在光催化剂上的活性表面位点上的可氧化物类 — 优选为分子水 — 中捕获电子时，重组被阻止。同时，吸附在催化剂表面上的可还原物类 — 优选为分子氧 — 可捕获导带电子。
[0113] 适用于本公开的装置的光源包括宽谱和窄谱发射源。在某些方面中，该光源可发射在紫外（UV）光谱中的光。在另一些方面中，该光源可发射在可见光谱中的光。在另一些实施方案中，该光源可发射在可见光谱和紫外光谱两者中的光。
[0115] 本公开提供和包括使用合适波长和强度的光照射被催化剂混合物涂覆的透气基材结构体。如上文提供，合适的照射波长的选择取决于催化剂并可通过一种或多种助催化剂的存在加以调节。在某些方面中，光源提供紫外光。在一个方面中，紫外光的波长为190纳米至410纳米。在一些方面中，如果该光源可能提供具有小于190纳米波长的光，可以为该装置进一步提供合适的滤光器以阻断190纳米和更低波长的光。更具体地，本公开的某些装置排除具有187纳米或更低波长的光。
[0116] 本领域普通技术人员会认识到，臭氧的产生会导致PHPG气体还原成水和氧气：
[0117] O3 + H2O2 H2O + 2O2
[0118] 因此，产生臭氧的现有技术设计与本公开的方法和装置不相容。如上所述，对于含二氧化钛的催化剂，避免波长在低于190纳米的光极大减少或甚至消除了臭氧产生并带来更高的PHPG生产速率。
[0119] 在某些方面中，该装置包括能用190纳米至410纳米的光照射含二氧化钛的催化剂混合物的紫外光源并可进一步包括滤光器以阻断190纳米和更低波长的光。在另一些方面中，该装置包括提供对含二氧化钛的催化剂混合物的照射的紫外光源并进一步包括将光催化的吸收带扩大到可见光谱内的助催化剂。在一个方面中，该催化剂混合物可包含吸收可见光谱中的光的三氧化钨WO3。在一个方面中，该光源可包括190纳米至460纳米的光。
[0120] 在另一些方面中，该光源提供具有190纳米至460纳米的光谱的紫外光，其中70%的功率在340纳米至380纳米之间提供。在一个方面中，至少90%的紫外光在340纳米至380纳米之间发射。在另一方面中，99%的紫外光在350纳米至370纳米之间发射。在再一方面中，紫外光具有在UVA范围（315纳米至400纳米）内的波长。在一些方面中，该UVA范围内的光具有集中在362纳米或在362纳米附近的最大强度。在另一方面中，紫外光具有在UVA范围内的波长并且少于1%在UVB范围（280纳米至315纳米）内。在再一方面中，紫外光具有在UVA范围内的波长并且少于0.1%在UVB范围内。在另一方面中，紫外光具有在UVA范围内的波长并且少于0.05%在UVB范围内。
[0121] 在根据本公开的方面中，该光源可具有0.1 W至150 W的功率。在另一些方面中，该光源可高达150 W。在另一方面中，功率可以为至少0.1 W。在一个方面中，该光源具有至少1 W的功率。在再一方面中，功率可以大于2.5 W。在一个方面中，功率可以为大约5 W。在一个方面中，功率可以为20 W。在某些方面中，该光源的功率可高达100 W。在某些方面中，功率小于100 W以将产生的PHPG的破坏减至最低。在另一些方面中，功率为1 W至50 W。在某些方面中，该光源的功率为40至50 W。
[0122] 本公开的装置包括提供在透气基材表面测得的至少0.1瓦特/平方英寸（W/in2）的强度的光源。在一些方面中，该光源具有高至150 W/in2的强度。在另一些方面中，该光源输出具有0.1 W/in2至10 W/in2的强度的光。在一个方面中，照射透气基材的光的强度为大约5 2 2 2
W/in。在某些方面中，基材表面的功率可以为1 W/in至10 W/in。在另一方面中，强度可以为2 W/in2至8 W/in2。在一个方面中，该强度可以为3 W/in2至7 W/in2。在再一方面中，功率可以为4 W/in2至6 W/in2。
W/in。在某些方面中，基材表面的功率可以为1 W/in至10 W/in。在另一方面中，强度可以为2 W/in2至8 W/in2。在一个方面中，该强度可以为3 W/in2至7 W/in2。在再一方面中，功率可以为4 W/in2至6 W/in2。
[0123] 本公开的装置有别于为过滤设计的利用光催化产生反应性物类的装置。更具体地，可堵塞透气基材的网格的开放空间的污染物如粉尘、花粉、细菌、孢子和颗粒的存在使本公开的装置劣化。类似地，可与反应性物类（包括过氧化氢）反应的挥发性有机化合物（VOC）降低PHPG的产量和PHPG至空间中的分配。值得注意地，尽管本公开的产生PHPG的装置可有效减少空间中的VOC，但优选将引入该装置本身中的VOC减至最低或完全消除。因此，为了保持该装置的效率和使PHPG产量最大化，本公开的装置可包括一个或多个过滤器。如将要指出的，过滤器的选择可取决于应用和要用PHPG处理的空间的类型。例如，洁净室（其中空气已经过处理以消除粉尘、VOC和其它污染物）可以使用具有外壳、空气分配机构、光源和在其表面上具有催化剂的透气基材的装置而不需要预过滤器。相反，家用装置可能需要粉尘过滤器并可能进一步需要碳过滤器以吸收VOC。在某些方面中，对附加过滤器的包含提供透气催化剂涂覆基材的延长的寿命并提供PHPG的扩大的产量。
[0124] 与PHPG发生无关的用于净化空气的过滤器取决于使用该装置的地点的空气质量。在具有通过HVAC系统的过滤器实现的高质量空气的HVAC系统内，在空气流通过PHPG装置本身的透气基材之前过滤器可能不是必需的。这同样适用于在存在高空气质量的区域中运行的独立装置。当必需时，过滤器通常选自本领域中已知的可以在尽可能不阻碍空气流的情况下实现所需过滤的那些过滤器。过滤器进一步选自本领域中已知的那些以使过滤器本身不将颗粒物或气体引入空气物流。兼具除去颗粒物以及气态污染物的功能的合适过滤器是本领域中已知的。过滤器需要定期更换，频率取决于置于过滤器上的负荷——归因于较高空气质量（较低更换频率）或较低空气质量（较高更换频率）。
[0125] 在大多数应用中，适用三个过滤问题。在某些应用中，颗粒物或粉尘会弄脏基材基质和催化剂本身，因此可以使用对该地点的需求而言足够的颗粒物过滤器。在某些常见方面中，使用高空气流量的折叠式MERV 18过滤器。在另一些应用中，挥发性有机烃可能需要过滤并且这可使用本领域中已知的许多不同的活性炭或碳浸渍的过滤器实现。在再一些应用中，需要通过过滤除去某些无机气体，如氮氧化物。为了除去氮氧化物，通常使用沸石过滤器。在一些方面中，该PHPG装置包括能以单个的、组合的材料和阶段除去挥发性有机烃和氮氧化物的浸渍沸石过滤器。可除去会堵塞透气基材或污染并钝化催化表面的各种尺寸的颗粒的合适的过滤器是本领域中已知的。
[0126] 在本公开的方面中，装置可进一步包括一个或多个为除去选自氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）、挥发性有机化合物、粉尘、细菌、花粉、孢子和颗粒的污染物设计的过滤器。在某些方面中，该装置包括一个或多个选自有机蒸气过滤器、颗粒物过滤器、高效过滤器、疏水过滤器、活性炭过滤器或其组合的过滤器。
[0127] 在某些方面中，预过滤器除去挥发性有机化合物、NOx和SOx。在一些方面中，该过滤器除去醛，如甲醛或乙醛。在另一些方面中，该过滤器除去VOC，包括甲苯、丙醇和丁烯。在再一些方面中，预过滤器除去单氮氧化物NO和NO（2 例如NOx）。在另一些方面中，预过滤器除去被称作SOx的含硫和氧的化合物。通过本公开的过滤器除去的SOx化合物包括SO、SO2、SO3、S7O2、S6O2、S2O2或其组合。本公开的预过滤器可用于除去VOC、NOx和SOx的任何组合。
[0128] 在某些方面中，该装置包括包含微孔硅铝酸盐矿物的过滤器。在一个方面中，本装置的过滤器可以是沸石过滤器。在一个方面中，该沸石可以是方沸石、菱沸石、斜发沸石、片沸石、钠沸石、钙十字沸石或辉沸石。在某些方面中，该沸石可以是合成沸石。在一个方面中，该装置包括用于除去NOx、SOx或两者的沸石过滤器。合适的过滤器是本领域中已知的。
[0129] 在另一些方面中，该装置包括过滤器，其包括颗粒物过滤器。在某些方面中，该颗粒物过滤器是3m ultra allergan过滤器。颗粒过滤器的合适实例可获自Air Filters, Inc，其提供Astro-cell密褶式过滤器（mini-pleat filters）。本领域普通技术人员将能够选择提供合适的空气流量水平和对空气流的阻力的过滤器以提供如上文所引述的通过透气基材的充足空气流。
[0130] 在再一些方面中，适用于本公开的装置的过滤器包括碳过滤器、木炭过滤器或活性炭过滤器。在一些方面中，该过滤器是GAC（颗粒活性炭）碳过滤器。在一个方面中，该GAC是由椰壳制成的过滤器。在一个方面中，该过滤器是粉状活性炭（R 1）（PAC）。在另一方面中，该过滤器是挤出活性炭（EAC）过滤器。在一个方面中，该过滤器可以是珠粒活性炭（BAC）过滤器。在一个方面中，该过滤器可以是浸渍碳过滤器。在某些方面中，在装置中包括浸渍碳过滤器以除去硫化氢（H2S）和硫醇。合适的浸渍碳过滤器是本领域中已知的。
[0131] 根据本公开的装置中的空气过滤提供具有低污染物和光催化抑制剂水平的跨过透气基材层的空气流。
[0132] 要认识到的是，为清楚起见描述在分开的实施方案的上下文中的本发明的某些特征也可以结合提供在单个实施方案中。反过来，为简要起见描述在单个实施方案的上下文中的本发明的各种特征也可以分开或以任何合适的亚组合或视适当提供在本发明的任何其它所描述的实施方案中。各种实施方案的上下文中描述的某些特征将不被视为这些实施方案的必要特征，除非该实施方案没有这些要素就无法实施。
[0134] 实施例1: PHPG、臭氧、VOC、温度和湿度的测量:
[0135] 所有PHPG浓度读数以Draeger产品进行。在全部测试中使用Pac III、Polytron 7000或Draeger管，一般根据制造商的说明书。Polytron在将空气吸过网格传感器时显示数字读数。Draeger管最常在两端都截断并置于ACCURO™泵中后使用。根据制造商说明书，将该管泵抽100次并通过观察晶体中的变色测定PHPG水平。PAC III已证实在非常低PHPG水平的测量中通常较低效。
[0136] 臭氧、VOC、温度和湿度的测量都使用标准装置实现。发现设计成在吸入2000立方厘米空气后检测低至0.10 ppm的过氧化氢浓度的Draeger管在通过经校准的泵吸入更大体积时提供精准至0.005 ppm内的更低浓度读数 – 例如，在吸入4000立方厘米后指示0.10 ppm的Draeger管测得0.05 ppm的近似PHPG浓度，且在吸入6000立方厘米后指示0.10 ppm的Draeger管测得0.033 ppm的近似PHPG浓度。
[0137] 实施例2: 测试透气基材的PHPG装置
[0138] 包含外壳205、透气基材201、空气分配机构203和光源203的如图2A至2B中所例示的PHPG发生装置20用于测试。通过在10至35%锐钛矿形式的TiO2在水中的浆料中浸涂聚酯网格制备透气基材201并使其风干。为防止该网格的开孔堵塞，将空气吹过该透气基材。将空气分配机构设置在其最高设置并提供大约115立方英尺/分钟的空气流。房间湿度保持在大约55%。使该PHPG发生装置在具有8英尺天花板的140平方英尺封闭房间中运行1小时，然后测定PHPG的稳态水平。在没有继续运行PHPG发生装置的情况下，PHPG消散并在大约5分钟内不可检出。在任何测试中都没有检测臭氧。
[0139] 实施例3: 网格变化对PHPG生产的影响
[0140] 通过如表4中所提供替换TiO2涂覆的透气基材201并如实施例2中所述测试，表现网格变化对PHPG产量的影响。
[0141] 表4: 透气基材的比较
[0142]线粗度(英寸) 孔尺寸(英寸) 股/英寸 线粗度(µm) 孔尺寸(µm) 股/厘米 开孔面积% PHPG (ppm)
0.0019 0.001 460 48 25 181 21 0.1
0.0024 0.002 280 61 51 110 30 0.4
0.0045 0.004 140 114 102 55 37 0.3
0.0051 0.006 109 130 152 43 45 0.3
0.006 0.008 80 152 203 31 41 0.6
0.013 0.012 50 330 305 20 37 n/d
0.016 0.032 24 406 813 9 58 n/d
0.0019 0.001 460 48 25 181 21 0.1
0.0024 0.002 280 61 51 110 30 0.4
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0.006 0.008 80 152 203 31 41 0.6
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0.016 0.032 24 406 813 9 58 n/d
[0143] n/d = 未检测。
[0144] 实施例4: 入射角对PHPG产量的影响
[0145] 通过将能使透气基材201旋转的10英寸铝接合器（adaptor）作为罩盖（shroud）连接到该装置顶部，修改根据实施例2的装置。将具有152微米线和41%开孔面积的透气基材置于该装置中。在90°空气流下测得的PHPG的初始稳态水平为0.7 ppm。透气基材201在该罩盖内以2°为增量旋转并测量PHPG的稳态水平直至polytron不再检测到过氧化氢。从大约90°至大约68°（例如偏离垂直22°）PHPG产生得以保持。从大约68°开始，PHPG水平以大约0.1 ppm/10°从68°到大约14°稳步下降。当空气流的入射角低于14°时，没有检测到PHPG产生。
[0146] 尽管已经连同其具体实施方案描述了本发明，但许多替代方案、修改和变动显然是本领域技术人员显而易见的。因此其意在涵盖落在所附权利要求书的精神和宽范围内的所有这样的替代方案、修改和变动。
[0147] 本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请经此引用全文并入本说明书，就像各个出版物、专利或专利申请被具体地和单独地指示为经此引用并入本文一样的程度。此外，本申请中对任何参考文献的引用或确认不应被解释为承认这样的参考文献可作为本发明的现有技术使用。就使用章节标题来说，它们不应被解释为必然是限制性的。
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