技术领域
[0001] 本
发明涉及一种空气净化设备，属于空气净化技术领域。
背景技术
[0002] 人们约有80％以上的时间在室内度过，室内的空气
质量直接关系到人们的身体健康。空气净化设备是常用过的一种空气净化方式，能够使得使用人群能够呼吸到更加干净的空气。现在的空气净化设备存在以下几个问题：1、主要使用过滤
吸附，但滤吸附技术仅仅是将污染物集中到吸附材料中，没有完全消灭他们，还会产生二次污染；2、不方便对过滤网进行清理，长时间使用内部容易集存大量灰尘，长时间使用不利于人们的健康；3、无法针对室内空气质量进行有针对性地净化。
发明内容
[0003] 本发明的发明目的是提供一种可以根据空气质量进行针对性、高效空气净化的空气净化设备。
[0004] 本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种空气净化设备，包括壳体，壳体上的进气口和出气口，其结构特点是：所述壳体内出气口内侧安装有
风机；进气口与出气口之间设置有三个过滤网槽，从进气口至出气口依次为第一过滤网槽、第二过滤网槽、第三过滤网槽；所述第一过滤网槽底部设置有集尘槽，第一过滤网槽内设置有初效过滤网，紧贴初效过滤网设置有清洁刷，清洁刷后端连接有滑动
块，
电机一与清洁刷电连接用于驱动清洁刷转动，电机二的
输出轴连接有
丝杠，
丝杆贯穿于滑动块内部设置的
螺纹通孔；所述第二过滤网槽内设置有HEPA(High Efficiency Particulate air Filter)过滤网；所述第三过滤网槽内设置有
纳米纤维膜；
[0005] 所述第三过滤网槽与出气口之间设置有两路气流通路，气流通过第三过滤网槽后，可通过气路切换
开关选择通过两路气流通路中的其中一路，其中一路气流通路中设置有光催化净化装置(另一路气流通路中什么也不设置)，所述光催化净化装置包括紫外线
灯管和多个玻璃片，每个玻璃片与气流流通方向呈30°-60°，玻璃片的两面均涂敷有TiO2基光催化剂；
[0006] 所述空气净化设备还包括空气质量检测器，所述空气质量检测器与气路切换开关和紫外线灯管的控制端电连接。
[0007] 本发明的工作方法是：在使用该空气净化设备时，首先空气质量检测器对空气质量进行检测，由检测结果判断气流在通过第三过滤网槽后，是通过设置有光催化净化装置的气流通路，还是通过未设置光催化净化装置的气流通路，然后通过控制气路切换开关控制气流要通过的气流通路；同时，控制紫外线灯管是否打开。然后启动风机，风机将壳体内部的空气排出到外界环境中，使得壳体内部以及外界环境形成压强差，从而使得空气从进气口进入到壳体内部，同时经过初级过滤网的过滤，能够对空气中直径较大的灰尘进行过滤，然后再经过HEPA过滤网、纳米纤维膜进一步进行过滤，进而能够实现对空气进行净化的目的，之后再从出气口排出，同时在进行净化空气的同时，启动电机一，电机一带动清洗刷转动，使得清洗刷能够与初级过滤网相
接触，进而能够方便对初级过滤网进行清扫，之后再启动电机二，电机二带动滑动块上下移动，从而能够使得清洗刷对整个初级过滤网的表面进行清扫，使得附着在初级过滤网表面的灰尘能够落入到集尘槽。一段时间后可以根据需要将初级过滤网、HEPA过滤网、纳米纤维膜从过滤网槽中取出，进而能够方便对其进行清理或更换，这就是该空气净化设备的整个使用过程。
[0008] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0009] 一、过滤网槽与初效过滤网、HEPA过滤网和纳米纤维膜为可拆卸结构地连接，长时间使用后，能够方便对初级过滤网、HEPA过滤网和纳米纤维膜进行拆卸，进而能够方便对其进行清洗或更换，从而能够减少细菌的滋生。
[0010] 二、清洗刷的设置能够在装置的使用过程中，对初级过滤网的表面进行清扫，减少灰尘的附着，从而使得装置能够更长时间的使用，减少清洗的
频率。
[0011] 三、第三过滤网槽中设置纳米纤维膜，纳米纤维膜具有较均一的孔径、高孔隙率和
比表面积，使纤维与空气中的污染物之间具有更多的有效接触，过滤效率高；而且纤维直径与空气分子的
平均自由程相当，由于“滑脱效应”，纳米纤维膜的过滤阻
力低；在光催化净化装置之前设置纳米纤维膜又可减少初效过滤网和HEPA过滤网未吸附的有机物，颗粒物和副产物接触光催化剂，避免光催化剂中毒，提升了光催化剂的催化效果及使用寿命。
[0012] 四、第三过滤网槽与出气口之间设置有两路气流通路，可以有针对性对空气净化，净化效率高，净化效果好。
[0013] 五、光催化净化装置包括按照
百叶窗式固定的多个玻璃片，每个玻璃片与气流流通方向呈30°-60°，玻璃片的两面均涂敷有TiO2基光催化剂；这样的布置既能保证低过滤阻力，而且可以保证光催化剂与空气具有足够的接触面积，同时也不会影响光催化剂接收紫外线灯管产生的光。
[0014] 本发明中初效过滤网和HEPA过滤网可以采用现有的各种过滤网，例如初效过滤网可以为
无纺布、尼龙网、或活性
碳等材质制成的滤网，HEPA过滤网可以为PP
滤纸、玻璃纤维、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维五种材质等材质制成的滤网。
[0015] 进一步，本发明所述纳米纤维膜为聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜。
[0016] PAN具有化学
稳定性和耐候性，易加工，可通过静电纺织制备。
[0017] 更进一步，本发明所述聚丙烯腈纳米纤维膜由直径为50-100nm的聚丙烯腈纤维膜和直径为800-1000nm的多孔聚丙烯腈纤维膜层叠而成，直径为50-100nm的聚丙烯腈纤维膜与多孔聚丙烯腈纤维膜的质量比为1：3；所述聚丙烯腈纳米纤维膜的厚度为0.1-0.2mm。
[0018] 上述两种结构复合的纳米纤维膜有利于提高过滤效率，降低过滤阻力，上述聚丙烯腈纳米纤维膜选择现有技术中的方法制备，比如通过两个静电纺织装置，交替纺织制备。
[0019] 进一步，本发明所述TiO2基光催化剂为Pt-TiO2催化剂、Ag-TiO2催化剂、Pt-TiO2-rGO催化剂或Au-TiO2-rGO催化剂。
[0020] 纯TiO2作为光催化材料，存在两个缺点，一是其光生
电子-空穴的重组速率较快使其
量子效率低；二是纯TiO2本身禁带宽度较宽使其光响应范围较窄，不能有效利用太阳光；而本发明中TiO2基光催化剂所利用的光是
等离子体净化组件的等离子体放电发出的光，作为光催化的
光源；而空气等离子体放电发出的光中在紫外光
光谱段的较少，如果纯TiO2作为光催化材料催化活性低，光催化净化组件的空气净化效果有限。
[0021] 贵金属Au、Pt、Ag的添加能够在TiO2表面形成肖特基
势能，达到有效捕获光生电子的目的，从而抑制光生电子和空穴的复合，因此能够大大提高光催化活性。而且贵金属由于
表面等离子共振效应使其具有很好的可见光响应，能够直接吸收太阳光中的可见光，产生电子空穴对，光生电子转移到TiO2的导带上使得电子-空穴对有效分离。rGO(还原
氧化
石墨烯)具有比表面积大，
导电性好、载流子迀移率高等优点，与TiO2复合后可增加催化剂的比表面积提供更多的吸附和催化活性中心，且在光催化反应过程中rGO作为优良的载流子迀移媒介，能够有效减少光生电子和空穴复合，增强光催化活性。所以上述TiO2基光催化剂相比于纯TiO2光催化剂提高了量子效率，扩大了光响应范围，进而光催化活性得到大大提高，使用寿命也有所增加。
[0022] 更进一步，本发明所述TiO2基光催化剂为Pt-TiO2-rGO催化剂，由以SiO2为模板制备的Pt-TiO2-rGO空心微球组成。
[0023] 以Pt和rGO对TiO2掺杂复合可有效提高TiO2量子效率，扩大光响应范围，且Pt-TiO2-rGO催化剂寿命长，催化性能稳定，采用空心球结构是因其
密度低，比表面积大，表面渗透性好，光吸收效率高。
[0024] 再进一步，本发明所述Pt-TiO2-rGO空心微球的制备方法是：首先制备Pt-TiO2纳米颗粒，然后以
氨基修饰的SiO2粒子为模板，通过分子间作用力(主要是氢键)将GO(氧化
石墨烯)包裹在氨基修饰的SiO2表面，再通过静电作用将Pt-TiO2纳米颗粒吸附在GO的表面，得到SiO2-GO-Pt-TiO2
核壳结构材料；随后蚀刻除去
内核SiO2，并在在氮气保护下高温
煅烧晶化TiO2、还原GO，即得到Pt-TiO2-rGO空心微球。
[0025] 上述制备方法简单易操作，先采用GO，层层复合掺杂后再通过高温煅烧还原GO，得到rGO，既避免了直接使用rGO易团聚的问题，又利用了GO表面氧化基团，更容易实现其在氨基修饰的SiO2表面的包裹和Pt-TiO2纳米颗粒的吸附，制备的Pt-TiO2-rGO空心微球结构稳定，光催化性能好。下面列举一种制备Pt-TiO2-rGO空心微球的具体方法，步骤如下：
[0026] S1、Pt-TiO2纳米颗粒制备：首先将TiO2纳米颗粒分散在分散剂中制备TiO2纳米颗粒分散液；然后将TiO2纳米颗粒分散液加入氯铂
酸溶液中，充分混合并超声处理后，加入NaBH4溶液，原位生成Pt，离心洗涤即得Pt-TiO2纳米颗粒；
[0027] S2、Pt-TiO2-rGO空心微球制备：将Pt-TiO2纳米颗粒分散在分散剂中得到Pt-TiO2纳米颗粒分散液；制备氨基修饰的SiO2纳米颗粒，并分散在在分散剂中得到氨基修饰的SiO2纳米颗粒分散液；在所述氨基修饰的SiO2纳米颗粒分散液中加入氧化石墨烯溶液，充分搅拌混合，得到SiO2-GO样品，离心洗涤；将SiO2-GO样品加入Pt-TiO2纳米颗粒分散液中，充分混合并超声处理，得到SiO2-GO-Pt-TiO2样品，离心洗涤；通过
刻蚀去除内核SiO2，得到GO-Pt-TiO2空心微球样品并洗涤烘干；将烘干的GO-Pt-TiO2空心微球样品置于管式炉中，氮气保护下500-600℃
热处理4-6h，即可得到Pt-TiO2-rGO空心微球。
附图说明
具体实施方式
[0029] 实施例一
[0030] 图1示出，本发明的一种具体实施方式是：一种空气净化设备，包括壳体1.0，壳体1.0上的进气口1.1和出气口1.2，其结构特点是：所述壳体1.0内出气口1.2内侧安装有风机
1.3；进气口1.1与出气口1.2之间设置有三个过滤网槽，从进气口1.1至出气口1.2依次为第一过滤网槽1.3、第二过滤网槽1.4、第三过滤网槽1.5；所述第一过滤网槽1.3底部设置有集尘槽1.6，第一过滤网槽1.3内设置有初效过滤网2.1，紧贴初效过滤网2.1设置有清洁刷
3.1，清洁刷3.1后端连接有滑动块3.2，电机一3.3与清洁刷3.1电连接用于驱动清洁刷3.1转动，电机二3.4的输出轴连接有丝杠3.5，丝杆3.5贯穿于滑动块3.2内部设置的螺纹通孔；
所述第二过滤网槽1.4内设置有HEPA过滤网2.2；所述第三过滤网槽1.5内设置有纳米纤维膜2.3；
[0031] 所述第三过滤网槽1.5与出气口1.2之间设置有两路气流通路，气流通过第三过滤网槽1.5后，可通过气路切换开关1.7选择通过两路气流通路中的其中一路，其中一路气流通路中设置有光催化净化装置4.0，所述光催化净化装置4.0包括紫外线灯管4.1和多个玻璃片4.2，每个玻璃片4.2与气流流通方向呈30°-60°，玻璃片4.2的两面均涂敷有TiO2基光催化剂；玻璃片4.2的个数根据复合净化模块尺寸和玻璃4.2尺寸而定，一般在5-15个之间，本例中为7个；玻璃片4.2的两面涂敷TiO2基光催化剂的具体方法是：将TiO2基光催化剂分散在去离子
水中，形成分散均匀的乳胶状态的催化剂液体；然后，将其均匀涂抹于玻璃片4.2两面，
真空干燥或烘干；
[0032] 所述空气净化设备还包括空气质量检测器5.0，所述空气质量检测器5.0与气路切换开关1.7和紫外线灯管4.1的控制端电连接。
[0033] 在使用该空气净化设备时，首先空气质量检测器5.0对空气质量进行检测，由检测结果判断气流在通过第三过滤网槽后，是通过设置有光催化净化装置的气流通路，还是通过未设置光催化净化装置的气流通路。如图1所示，本例中空气质量检测器5.0检测到空气中VOCs(volatile organic compounds)浓度严重超标，气流在通过第三过滤网槽后，通过控制气路切换开关控制气流通过设置有光催化净化装置的气流通路，同时控制紫外线灯管打开，光催化净化装置工作。具体空气质量严重到何种程度，需要控制气流通过光催化净化装置(紫外线灯管同时打开)可以由生产者事先设定，也可以是使用者根据需要设定。
[0034] 本例中所述纳米纤维膜2.3为聚丙烯腈纳米纤维膜；所述聚丙烯腈纳米纤维膜由直径为50-100nm的聚丙烯腈纤维膜和直径为800-1000nm的多孔聚丙烯腈纤维膜层叠而成，直径为50-100nm的聚丙烯腈纤维膜与多孔聚丙烯腈纤维膜的质量比为1：3；所述聚丙烯腈纳米纤维膜的厚度为0.1-0.2mm。
[0035] 本例中所述TiO2基光催化剂为Pt-TiO2-rGO催化剂，由以SiO2为模板制备的Pt-TiO2-rGO空心微球组成。
[0036] 本例中所述Pt-TiO2-rGO空心微球的制备方法是：首先制备Pt-TiO2纳米颗粒，然后以氨基修饰的SiO2粒子为模板，通过分子间作用力将GO包裹在氨基修饰的SiO2表面，再通过静电作用将Pt-TiO2纳米颗粒吸附在GO的表面，得到SiO2-GO-Pt-TiO2核壳结构材料；随后蚀刻除去内核SiO2，并在在氮气保护下高温煅烧晶化TiO2、还原GO，即得到Pt-TiO2-rGO空心微球。
[0037] 本例中Pt-TiO2-rGO空心微球制备的具体步骤是：
[0038] S1、Pt-TiO2纳米颗粒制备：首先将粒径为20nm-30nm的TiO2纳米颗粒分散在
乙醇中制备TiO2纳米颗粒分散液；然后将TiO2纳米颗粒分散液加入氯铂酸溶液中，充分混合并超声处理后，按NaBH4与[AuCl4]-摩尔比为8:1的比例，在机械搅拌与超声复合作用下，将NaBH4溶液快速滴加到置于
冰水混合物中的氯金酸溶液中，在TiO2
纳米粒子表面原位生成Pt，离心洗涤即得Pt-TiO2纳米颗粒；
[0039] 上述氯铂酸溶液中[AuCl4]-浓度为3*10-4mol/L；
[0040] S2、Pt-TiO2-rGO空心微球制备：将Pt-TiO2纳米颗粒分散在乙醇中得到Pt-TiO2纳米颗粒分散液；制备氨基修饰的SiO2纳米颗粒，并分散在在分散剂中得到氨基修饰的SiO2纳米颗粒分散液；在所述氨基修饰的SiO2纳米颗粒分散液中加入氧化石墨烯溶液，磁力搅拌下回流1h，得到SiO2-GO样品，离心洗涤；将SiO2-GO样品加入Pt-TiO2纳米颗粒分散液中，超声1h，得到SiO2-GO-Pt-TiO2样品，离心洗涤；通过刻蚀去除内核SiO2，得到GO-Pt-TiO2空心微球样品并将GO-Pt-TiO2空心微球样品分散在20ml浓度为0.1mol/L的
盐酸溶液中搅拌1h后离心、洗涤，烘干；将烘干的GO-Pt-TiO2空心微球样品置于管式炉中，氮气保护下500-600℃热处理4-6h，即可得到Pt-TiO2-rGO空心微球。
[0041] 上述氨基修饰的SiO2纳米颗粒的制备方法是：将3.44ml的正
硅酸乙酯在不断搅拌下加入到17.2ml的去离子水、92ml乙醇和2.48ml
氨水的混合溶液中，在室温下磁力搅拌4h。待反应结束后，用离心分离法收集沉淀，用去离子水和乙醇对白色沉淀进行数次洗涤，然后将沉淀分散在40ml异丙醇中，加入0.3ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷，回流搅拌3h，离心、洗涤；在80℃下干燥6h，得到白色固体，研细，制备的SiO2纳米颗粒粒径为120nm-150nm。
[0042] 上述氧化石墨烯溶液是氧化石墨烯分散在乙醇中得到的，浓度为1mg/ml。
[0043] 上述刻蚀去除内核SiO2的方法是：将SiO2-GO-Pt-TiO2样品分散在30ml水中，超声分散30min后加入10ml浓度为2.5mol/L的NaOH溶液，90℃下搅拌3h蚀刻去除内核SiO2，离心、洗涤。
[0044] 实施例二
[0045] 本实施例与实施例一基本相同，唯一不同的是本例中所述TiO2基光催化剂为Pt-TiO2催化剂、Ag-TiO2催化剂或Au-TiO2-rGO催化剂。
[0046] Au-TiO2-rGO催化剂的制备可参考：Yolk@ShellNanoarchitecture of Au@r-GO/TiO2Hybrids as Powerful Visible Light Photocatalysts；Pt-TiO2催化剂的制备可参考A Visible-Light-HarvestingAssembly with a Sulfocalixarene Linker between Dyes and a Pt-TiO2Photocatalyst；Ag-TiO2催化剂的制备可参考In Situ Synthesis of Bimetallic Ag/Pt Loaded Single-crystalline Anatase TiO2Hollow Nano-hemispheres and Their Improved Photocatalytic Properties。
