一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置及方法

申请号 CN202310618361.1 申请日 2023-05-29 公开(公告)号 CN116747686A 公开(公告)日 2023-09-15
申请人 苏州天华新能源科技股份有限公司; 大连理工大学; 发明人 王荣刚; 李杰; 姜楠; 成玉磊;
摘要 本 发明 提供一种低温 等离子体 凝并与催化过滤多效空气 净化 装置及方法。需要净化的气体是通过 风 机进入低温等离子体发生单元,经低温等离子体发生单元过程中,电荷使气体中细颗粒物荷电,活性物质与气态污染物反应转变成无毒或者低毒的物质,同时杀灭气体中细菌和病毒;然后进入凝并单元在静电 力 作用下细颗粒物凝并粒径增大;最后进入催化过滤膜单元捕集气体中的颗粒物,并通过担载Ag‑Mn复 合金 属 氧 化物对气态物质进行深度催化处理后排出。在低压力损失下对气体中细颗粒物高效捕集,同时处理气体中的气态污染物和灭活气体中细菌及病毒,具有节能高效、气体净化与 生物 净化的功能。
权利要求

1.一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,其特征在于:包括低温等离子体发生单元、凝并单元、催化过滤膜单元、机、气路管道、入口以及出口,所述气路管道两端分别与入口和出口连接,所述风机、低温等离子体发生单元、凝并单元和催化过滤膜单元由入口向出口方向依次设置在气路管道内;其中,低温等离子体发生单元产生高浓度且极性相反的电荷以及活性物质,电荷用于给气体中的细颗粒物荷电,活性物质用于利用化学反应处理气体中气态污染物;凝并单元用于使荷电的细颗粒物在静电作用下凝并;催化过滤膜单元用于捕集气体中的颗粒物,以及在过滤膜上发生催化反应,深度处理气体中气态物质。
2.如权利要求1所述的低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,其特征在于:
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所述电荷包括正电荷和负电荷,所述电荷的浓度为10‑10 个/cm。
3.如权利要求1所述的低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,其特征在于:
所述低温等离子体发生单元包括阵列电极系统和直流高压电源,所述阵列电极系统为针‑板‑针结构,包括正极放电针、负极放电针和多孔金属网板,所述多孔金属网板设置在正极放电针和负极放电针之间,且正极放电针和负极放电针分别与直流高压电源线路连接。
4.如权利要求1所述的低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,其特征在于:
所述凝并单元包括若干个“W”型的折流板,所述折流板并行设置。
5.如权利要求1所述的低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,其特征在于:
所述催化过滤膜单元包括过滤膜和催化剂,所述过滤膜上担载Ag‑Mn复合金化物催化剂。
6.一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化方法,其特征在于:采用如权利要求1‑5任一项所述的空气净化装置,还包括以下步骤:
被净化的含细颗粒物、气态污染物或细菌及病毒的气体,首先经入口进入气路管道,经过风机进入低温等离子体发生单元;低温等离子体发生单元产生高浓度的正电荷和负电荷以及含有强氧化还原的活性物质,气体经过低温等离子体发生单元过程中,正电荷和负电荷使通过低温等离子体区的气体中细颗粒物荷电,活性物质与被净化气体中气态污染物反应转变成无毒或者低毒的物质,同时杀灭气体中细菌和病毒;经过荷电和处理的气体然后进入凝并单元,凝并单元使荷电的细颗粒物在静电力作用下凝并粒径增大;最后进入催化过滤膜单元,催化过滤膜单元捕集气体中的颗粒物,并通过过滤膜上担载Ag‑Mn复合金属氧化物催化剂对经活性物质处理后的气态物质进行灭菌,通过过滤膜上担载的催化剂对经活性物质处理后的气态物质进行深度催化处理,最后的到干净的气体从出口排出。

说明书全文

一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及室内空气净化技术领域,尤其是对颗粒洁净度和生物洁净度要求高的空气净化领域,特别是涉及一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置及方法。

背景技术

[0002] 随着人们生活平的提高和洁净环境下生产工业领域不断扩展及深入,要求空气净化器净化空气质量和功能不断提高。但是,单独依靠现有的高效过滤器很难实现空气质量的提高和功能上增加,尤其是对粒径在0.5微米以下颗粒物的净化,而且还会带来高效过滤净化器运行的高能耗,增加空气净化器的运行成本。
[0003] 高效过滤器是通过滤料的过滤作用,将空气中的颗粒物截留捕集下来,减少室内空气中颗粒物数量或浓度。为了深入的减少空气中颗粒物数量或浓度,就必须减小滤料孔径和增加滤料厚度或者层数,由此导致过滤器阻增加,进而增加风机压导致风机运行功率增加。公开号为CN 105757794 A的发明申请公开了一种集成可水洗直流静电凝并吸附和HEPA空气净化系统,相较于直接使用HEPA过滤,能够延长HEPA滤材的约4倍使用寿命。然而过滤原理的净化器是物理过滤,很难对空气中的有害或者有毒物质(如气态污染物和细菌或病毒等)进行处理,即不能实现空气净化器的生化净化功能,而且静电凝并由于电荷生成区域小导致电荷量少,导致颗粒物带电量少,进而导致凝并效果低。授权公告号为CN 205536199 U的实用新型专利公开了一种静电凝并与HEPA精滤模组合式空气净化器,在气流通道内沿着气体流经的方向依次途经一将空气中的颗粒荷电的荷电模块、一个吸附模块、HEPA精滤模块,所述荷电模块与所述吸附模块构成以静电凝并装置,所述荷电模块与所述吸附模块均与一个高压电源相连;所述过滤模块内设有光触媒,所述过滤模块内还设有照明模块。然而光触媒只对单一波长光有响应,导致光效率低,同时随着照明模块运行时间增加,导致照明模块透光率下降,均可导致对挥发性有害气体处理效率降低。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是:(1)无法在低压力损失下实现细颗粒物捕集;(2)在过滤颗粒物的同时无法兼顾有害或有毒物质处理;本发明提供一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置及方法,以解决上述问题。
[0005] 本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是:一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,包括低温等离子体发生单元、凝并单元、催化过滤膜单元、风机、气路管道、入口以及出口,所述气路管道两端分别与入口和出口连接,所述风机、低温等离子体发生单元、凝并单元和催化过滤膜单元由入口向出口方向依次设置在气路管道内;其中,低温等离子体发生单元产生高浓度且极性相反的电荷以及含有强化还原的活性物质,电荷用于给气体中的细颗粒物荷电,活性物质用于利用化学反应处理气体中气态污染物;凝并单元用于使荷电的细颗粒物在静电力作用下凝并;催化过滤膜单元用于捕集气体中的颗粒物,以及在过滤膜上发生催化反应,深度处理气体中气态物质。
[0006] 具体的,所述电荷包括正电荷和负电荷,所述电荷的浓度为109‑1013个/cm3。
[0007] 进一步的,所述低温等离子体发生单元包括阵列电极系统和直流高压电源,所述阵列电极系统为针‑板‑针结构,包括正极放电针、负极放电针和多孔金属网板,所述多孔金属网板设置在正极放电针和负极放电针之间,且正极放电针和负极放电针分别与直流高压电源线路连接。通过低温等离子体发生单元产生正负极性相反的电荷和活性物质,电荷用于给气体中的细颗粒物荷电,活性物质是处理气态污染物与灭活细菌及病毒。静电场强凝并主要依赖场强,相对于静电场强凝并来说,低温等离子体放电强度更强,凝并效果更好。
[0008] 进一步的,所述凝并单元包括若干个“W”型的折流板,所述折流板并行设置,通过改变气体取向流动,增加荷电后的细颗粒物碰撞频率,使凝并效率增加。
[0009] 作为优选,所述催化过滤膜单元包括过滤膜,所述过滤膜上担载Ag‑Mn复合金属氧化物和催化剂。过滤膜上担载的Ag‑Mn复合金属氧化物主要为二氧化锰纳米复合材料;过滤膜上担载的催化剂主要是根据气态物质种类进行选制,实现对气态物质进行催化深度处理。例如:甲醇、乙醇等。
[0010] 一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化方法,采用上述的空气净化装置,还包括以下步骤:被净化的含细颗粒物、气态污染物或细菌及病毒的气体,首先经入口进入气路管道,经过风机进入低温等离子体发生单元;低温等离子体发生单元产生高浓度的正电荷和负电荷以及含有强氧化还原的活性物质,气体经过低温等离子体发生单元过程中,正电荷和负电荷使通过低温等离子体区的气体中细颗粒物荷电,活性物质与被净化气体中气态污染物反应转变成无毒或者低毒的物质,同时杀灭气体中细菌和病毒;经过荷电和处理的气体然后进入凝并单元,凝并单元使荷电的细颗粒物在静电力作用下凝并粒径增大;最后进入催化过滤膜单元,催化过滤膜单元捕集气体中的颗粒物,并通过过滤膜上担载Ag‑Mn复合金属氧化物对经活性物质处理后的气态物质进行灭菌,通过过滤膜上担载的催化剂对经活性物质处理后的气态物质进行深度催化处理,最后得到干净的气体从出口排出。
[0011] 本发明的有益效果是:本发明提供的一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,在低压力损失下实现对气体中细颗粒物高效捕集,同时处理气体中的气态污染物和灭活气体中细菌及病毒,具有节能高效、气体净化与生物净化的功能。附图说明
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0013] 图1是本发明净化装置的结构示意图。
[0014] 图2是低温等离子体发生单元的结构示意图。
[0015] 图3是凝并单元的结构示意图。
[0016] 图中:1、低温等离子体发生单元,2、凝并单元,3、催化过滤膜单元,4、风机,5、气路管道,6、入口,7、出口,8、多孔金属网板,9a、正极放电针,9b、负极放电针,10、折流板。实施方式
[0017] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成,方向和参照(例如,上、下、左、右等等) 可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此,并非在限制性意义上采用以下具体实施方式,并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。
[0018] 如图1所示,本发明的一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化装置,包括低温等离子体发生单元1、凝并单元2、催化过滤膜单元3、风机4、气路管道5、入口6以及出口7,所述气路管道5两端分别与入口6和出口7连接,所述风机4、低温等离子体发生单元1、凝并单元2和催化过滤膜单元3由入口6向出口7方向依次设置在气路管道5内;其中,低温等离子体发生单元1产生高浓度且极性相反的电荷(正电荷和负电荷)以及含有强氧化还原的活
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性物质,其中,所述电荷的浓度为10 ‑10 个/cm ,电荷用于给气体中的细颗粒物荷电,活性物质用于利用化学反应处理气体中气态污染物;凝并单元2用于使荷电的细颗粒物在静电力作用下凝并;催化过滤膜单元3用于捕集气体中的颗粒物,以及在过滤膜上发生催化反应,深度处理气体中气态物质。
[0019] 本发明着重于电子工业中总挥发物TVOC等的去除,总挥发物中包含了制程中用到的正己烷、丙醇等挥发性的气体。如没有低温等离子体过滤的作用,这些气态物质是通过与外部的新风进行混合稀释的原理才能降低,而使用低温等离子体技术后,会将其分解掉。
[0020] 如图2所示,低温等离子体发生单元1包括阵列电极系统和直流高压电源,所述阵列电极系统为针‑板‑针结构,包括正极放电针9a、负极放电针9b和多孔金属网板8,所述多孔金属网板8设置在正极放电针9a和负极放电针9b之间,且正极放电针9a和负极放电针9b分别与直流高压电源线路连接。通过低温等离子体发生单元1产生正负极性相反的电荷和活性物质,电荷用于给气体中的细颗粒物荷电,活性物质是处理气态污染物与灭活细菌及病毒。静电场强凝并主要依赖场强,相对于静电场强凝并来说,低温等离子体放电强度更强,凝并效果更好。
[0021] 如图3所示,凝并单元2包括若干个“W”型的折流板10,所述折流板10并行设置,通过改变气体取向流动,增加荷电后的细颗粒物碰撞频率,使凝并效率增加。
[0022] 作为优选,所述催化过滤膜单元3包括过滤膜,所述过滤膜上担载Ag‑Mn复合金属氧化物催化剂。过滤膜上担载的Ag‑Mn复合金属氧化物催化剂主要为二氧化锰和纳米银等复合材料;过滤膜上担载的催化剂主要是根据气态物质种类进行选制,实现对气态物质进行深度催化处理。例如:甲醇、乙醇等。
[0023] 本发明中利用在过滤膜表面(包括微孔表面)上担载单金属氧化物催化剂或者两种以上金属氧化物复合催化剂制备的催化过滤膜,可以对低温等离子体处理后的气态物质进行深度催化处理。
[0024] 一种低温等离子体凝并与催化过滤多效空气净化方法,采用上述的空气净化装置,还包括以下步骤:被净化的含细颗粒物、气态污染物或细菌及病毒的气体,首先经入口6进入气路管道5,经过风机4进入低温等离子体发生单元1;低温等离子体发生单元1产生高浓度的正电荷和负电荷以及含有强氧化还原的活性物质,气体经过低温等离子体发生单元1过程中,正电荷和负电荷使通过低温等离子体区的气体中细颗粒物荷电,活性物质与被净化气体中气态污染物反应转变成无毒或者低毒的物质,同时杀灭气体中细菌和病毒;经过荷电和处理的气体然后进入凝并单元2,凝并单元2使荷电的细颗粒物在静电力作用下凝并粒径增大;最后进入催化过滤膜单元3,催化过滤膜单元3捕集气体中的颗粒物,并通过过滤膜上担载Ag‑Mn复合金属氧化物催化剂对经活性物质处理后的气态物质进行灭菌,通过过滤膜上担载的催化剂对经活性物质处理后的气态物质进行深度催化处理,最后得到干净的气体从出口7排出。
[0025] 本发明的一种低温等离子体凝并与催化过滤耦合的多效空气净化方法,是利用低温等离子体中富含高浓度的正电荷和负电荷(包括电子),使通过低温等离子体区的气体中细颗粒物荷电,荷电后的细颗粒物凝并尺寸变大;利用低温等离子体中含有强氧化还原的活性物质,与被净化气体中毒性气态污染物(包括无机气态污染物和有机气态污染物)反应转变成无毒或者低毒的物质,同时杀灭气体中细菌和病毒;利用催化过滤膜捕集气体中的细颗粒物和催化处理气体中的副产物。
[0026] 本发明中凝并后的细颗粒物可以用微孔直径大的过滤膜捕集,达到微孔直径小的过滤膜捕集细颗粒物的效果。其中,微孔直径大的指孔径在1‑100um范围,微孔直径小的指孔径在0.1‑1um范围。
[0027] 本发明,相比传统的FFU过滤,他降低了粉粒对过滤密集程度的要求,可以以一个较小的阻力(节能度)获取一个良好的过滤效果。除此之外,现有技术中对于有毒有害的气体,通常用化学过滤器中和分解的方式来解决,问题是化学过滤器本身会衰减,目前通过定期点检空间内挥发性气体浓度来评估的;对于该问题,本发明采用过滤膜,该过滤膜材上不是化学品,不靠中和分解,在这个膜材上有对应的灭菌效果金属,低温等离子体对其作用,实现有毒有害气体的减弱。
[0028] 以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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