一种电催化空气净化器以及用于空气净化的方法

一种电催化空气净化器以及用于空气净化的方法
【专利摘要】本发明涉及一种电催化空气净化器以及该用于空气净化的方法。本发明目的一提供一种结构小巧、耗电低、甲醛去除快并且对环境友好的电催化空气净化器。本发明的目的二提供一种针对上述空气净化器的电催化空气净化方法。本发明的目一的通过如下技术方案实现：一种电催化空气净化器，它包括壳体、电解液循环泵、以及由上而下依次设置在壳体内的抽风扇、喷淋头、若干个三维电极反应器和储液槽。本发明的目的之二通过如下技术方案实现：（1）通过抽风扇和电解液喷淋头使甲醛溶解于Na2SO4-Na2CO3混合电解液中；（2）步骤（1）溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中；（3）对三维电极反应器通入直流电流，使甲醛被氧化成甲酸钠。
【专利说明】—种电催化空气净化器以及用于空气净化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电催化空气净化器以及该用于空气净化的方法。
【背景技术】
[0002]甲醛是目前居室的最大污染源。甲醛(分子式:HCH0)亦称蚁醛，是最简单的醛类，通常情况下是一种可燃、无色及有刺激性的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑制DNA损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大，浓度更高时可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘、肺水肿、甚至会立即致人死亡。
[0003]居室内甲醛的主要来源是室内装修和购买家俱。由于装修和家俱制造要使用大量人造板材(如胶合板、大芯板、中纤板、刨花板、强化地板和复合木地板等)，而生产人造板需大量使用以甲醛为原料制造的胶粘剂，由于胶粘剂中的甲醛释放期很长，一般长达15年，导致甲醛成为室内空气中的主要污染物。
[0004]为了消除室内甲醛对人体的危害，需要选购适当空气净化器来解决这个问题。所谓空气净化器是一种能净化空气的一种工具。即通过自身的风机或者外界的风机使室内的空气不断经过空气净化器，污浊的空气在经过净化模块时，通过活性炭网、高压静电、光催化等技术，逐渐将空气中的有毒气体和颗粒物质去除，最后干净的空气由出风口送出。
[0005]空气净化器按照净化技术可分为物理吸附、光催化、化学络合、负离子等技种。
[0006]从市场现有空气净化器来看，去除甲醛的功能度不尽人意，或多或少存在下列问题:
[0007]1、去除能力有限而且速度很慢，例如吸附剂吸附法；
[0008]2、去除能力很强但会引起对环境的二次污染，例如臭氧氧化法和化学络合法；
[0009]3、去除能力很强但构造复杂动力消耗大，成本高昂例如光催化法。

【发明内容】

[0010]本发明的目的一在于提供一种结构小巧、耗电低、甲醛去除快并且对环境友好的电催化空气净化器
[0011]本发明的目的二在于提供一种针对上述空气净化器使用的耗电低、甲醛去除快并且对环境友好的电催化空气净化方法。
[0012]本发明的目一的通过如下技术方案实现:一种电催化空气净化器，它包括壳体、电解液循环泵、以及由上而下依次设置在壳体内的抽风扇、喷淋头、若干个三维电极反应器和储液槽；所述壳体上位于储液槽上方的侧壁上开设有壳体空气进口 A，所述电解液循环泵的吸入口连接储液槽，电解液循环泵出口与喷淋头连接，所述喷淋头的喷淋出来的电解液落入三维电极反应器中，所述抽风扇的抽风口位于喷淋头上方，所述抽风扇上方的壳体上开设有至少一个的出气口。
[0013]通过抽风扇将壳体外的空气吸入，空气在壳体内与喷淋头喷出的电解液接触，空气中的甲醛溶入电解液中并随电解液落入三维电极反应器中电解分离。所谓电解液为硫酸钠溶液，浓度为3-5%，另加0.5-2%碳酸钠，底部由气体导管的微孔吹入气流，使活性炭产生上下激烈翻动。通电后在阴极区产生H2O2,在活性炭为催化剂的情况下甲醛被氧化成甲酸，甲酸与碳酸钠反应生成甲酸钠，甲酸钠系无毒害物质且易被阴沟中的细菌所分解为CO2和H20。，不引起环境二次污染，所以废液可以直接排放。
[0014]进一步地，为了使空气与电解液的接触面更大，本发明还包括一个箱体，所述箱体设置在壳体内，所述箱体顶部开设有一出风口，出风口与抽风扇的抽风口密封相接；所述喷淋头设置在箱体的内侧顶部，所述箱体内位于喷淋头的下方设置有固定栅式填料，该固定栅式填料主要由若干根固体条形物和两块竖直平行的薄板组成，若干根固体条形物呈横向随机间隔交错在两块竖直平行的薄板之间，所述箱体的底部侧壁上还设置有箱体进气口，位于箱体底部设置有电解液出液口，电解液出液口正对下方的三维电极反应器。
[0015]由多根固体条形物随机间隔交错分布组成固定栅式填料，喷淋头喷出的电解液落入固体条形物中并在固体条形物表面形成液体膜；由抽风扇从壳体的进气口抽入的空气在固体条形物之间与电解液接触，空气中的甲醛溶入电解液中，跟随电解液落入三维电极反应池中反应分离。
[0016]所述箱体内侧位于固定栅式填料与箱体进气口之间还设置有带有网孔结构的空气分流板。上述固体条形物的横截面为圆形、椭圆形、三角形、正方形或多边形；该固体条形物的材料为塑料、竹料、木料、秸杆、陶瓷或金属管。
[0017]所述三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述阳极平板的材料为高纯石墨，阴极平板的材料为不锈钢，粒子电极的材料为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的粒径的大小为3-5mm。所述活性炭颗粒被充填在两个平板电极之间；阴阳两级间距离为一般选为3cm;外加电源采用程控开关电源以直流方式供电，每个三维电极反应器的输入电压4-20V,输入电流2-5A。根据需要反应器由多个三维电极电化学反应器并联或串联而成。
[0018]若干个所述三维电极反应器依次并排，相临的两个三维电极反应器之间均设有用于反应器内的电解液相互流动的设有溢流口 A，所述电解液出液口正对若干个三维电极反应器中最侧边的一个。
[0019]所述壳体内还设置一个鼓风机和高压空气导管，所述壳体上位于鼓风机旁设置有用于鼓风机吸收壳体外部空气用的壳体空气进口 B，所述高压空气导管一端与鼓风机的出风口连接，另一端插入三维电极反应器的底部。高压气流吹动反应器内活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，将甲醛富集在活性炭上面。
[0020]本发明的目的之二通过如下技术方案实现:
[0021](I)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为3-5%Na2S04和浓度为0.5_2%Na2C03的Na2SO4-Na2CO3混合电解液中；
[0022]( 2)步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛并催化降解甲醛用的活性炭颗粒；
[0023](3)对三维电极反应器通入电压为4-20V，电流为2_5A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
[0024]进一步地，上述步骤(2)中在通入直流电流时，还从三维电极反应器的底部吹入l-7KPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛，以把甲醛氧化成甲酸，再转化成甲酸钠留在溶液中定期排放。
[0025]所述三维电极反应器的阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，粒子电极的活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径为3-5mm。
[0026]为了充分使用电解液，将上述步骤(2)反应后的电解液回流至步骤(I)中再次用于溶解甲醒。
[0027]较之现有技术而言，本发明的优点在于:
[0028]一种电催化空气净化器，能把空气中的甲醛进行电极氧化、催化氧化、反复富集及降解，达到空气的快速净化。
[0029]1、设置空气流道，实现室内空气快速循环运转，快速分离空气中所含有的甲醛成分的目的，其中，用于空气净化的箱体(下称空气净化装置)的设置是关键。本发明采用固定栅式吸收床(固定栅式填料)；使用本装置与其它装置相比具有如下的优点:气体阻力小，阻力可以通过调整条形物的距离来解决；填料彼此间不容易堵塞，即使堵塞也容易拆除洗涤重装，保证电解液和空气的相互交接流动。
[0030]其流程可概括如下:
[0031]室内空气一壳体空气进口 A—空气净化装置一抽风扇一出气口一室内空间
[0032]2、设置电解液循环流道，加快电解液的循环运转，实现甲醛的快速降解。所述电解液循环流道由储液槽、循环泵、喷淋头、空气净化装置、三维电极反应器等组成。
[0033]其流程可概括如下:
[0034]储槽液一电解液循环泵一喷淋头一空气净化装置一三维电极反应器一储液槽。
[0035]3、压缩空气流道:由鼓风机、三维电极反应器、空气净化装置、抽风扇、出气口组成。
[0036]其流程可概括如下:
[0037]室内空气一壳体空气进口 B —鼓风机一三维电极反应器一空气净化装置一抽风扇一出气口一室内空间。
【专利附图】

【附图说明】
[0038]图1是本发明一种实施例的结构示意图。
[0039]图2是图1的右视图。
[0040]图3是图1中三维电极反应器的结构示意图。
[0041]标号说明:1壳体；2电解液循环泵；3抽风扇；4喷淋头；5三维电极反应器；6储液槽壳体空气进口 A ；8空气分流板；9箱体；10出风口 ；11固定栅式填料；14箱体进气口 ；15电解液出液口 ；16鼓风机；17高压空气导管；18壳体空气进口 B ；19空气导向器；20出气口 ；21电解液加液口 ；22电解液排放口 ；23溢流口 A ;24溢流口 B。【具体实施方式】
[0042]下面结合说明书附图和实施例对本
【发明内容】
进行详细说明:
[0043]如图1和2所示为本发明提供的一种电催化空气净化器的实施例示意图，它包括壳体1、电解液循环泵2、以及由上而下依次设置在壳体I内的抽风扇3、喷淋头4、若干个三维电极反应器5和储液槽6 ;所述壳体I上位于储液槽6上方的侧壁上开设有壳体空气进口 A7，所述电解液循环泵2的吸入口连接储液槽6，泵出口与喷淋头4连接，所述喷淋头4的喷淋出来的电解液落入三维电极反应器5中，所述抽风扇3的抽风口位于喷淋头4上方；所述抽风扇3上方的壳体I上开设有至少一个的出气口 20。
[0044]所述壳体I内还设置一个鼓风机16和高压空气导管17,所述壳体I上位于鼓风机16旁设置有用于鼓风机16吸收壳体I外部空气用的壳体空气进口 B18，所述高压空气导管17—端与鼓风机16的出风口连接,另一端插入三维电极反应器5的底部。
[0045]通过抽风扇3将壳体I外的空气吸入，空气在壳体I内与喷淋头4喷出的电解液接触，空气中的甲醛溶入电解液中并落入三维电极反应器5中电解分离。
[0046]为了加强抽风扇3的抽风效率，在抽风扇3与抽风口之间还设置有一个空气导向器19，整个空气导向器19呈截顶圆锥体状。储液槽6的下边角上开设有用于排放电解液用的电解液排放口 22,储液槽6上方位于壳体I的侧壁上开设有一个用于电解液加液用的电解液加液口 21。
[0047]如图2和3所示，若干个所述三维电极反应器5依次并排，相临的两个三维电极反应器5之间用于反应器内的电解液相互流动的设有溢流口 A23，所述电解液出液口 15正对若干个三维电极反应器5中最侧边的一个。远离电解液出液口的一侧边上的三维电极反应器5另开设有一个让反应器内的电解液流入储液槽6中的溢流口 B24。这样，当最侧边的三维电极反应器5的容量满后，会自动溢流至相邻的三维电极反应器5中，依此溢流至另一侧三维电极反应器5后经溢流口 B溢流回落入储液槽6中。如此，吸收了甲醛的电解液经过多个三维电极反应器5的电解分离，达到完全分享甲醛的效果。多个三维电极电化学反应器并联或串联，电源采用直流方式供电，每个三维电极反应器5的输入电压为4-20V，输入电流2-5A。三维电极反应器5的数量可根据三维电极反应器5的电离能力和电解液的流动速率进行确定，也就是说根据室内面积的大小来确定，如本实施例中根据室内空气的有效甲醛量，三维电极反应器5选用3-5个。
[0048]上述三维电极反应器5是一种电化学反应器，由二个平板电极(阳极平板和阴极平板)、粒子电极和槽体组成，其中，阳极平板的材料为高纯石墨，阴极平板的材料为不锈钢，阴阳两级间距离为3cm最佳；粒子电极为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，且该活性炭颗粒的粒径大小为3-5mm。电解液选用硫酸钠溶液，浓度为3_5%，另加入碳酸钠，碳酸钠的浓度为0.5-2%，底部由高压空气导管17的微孔吹入气流，使活性炭产生上下激烈翻动。通电后在阴极区产生H2O2,在活性炭为催化剂的情况下甲醛被氧化成甲酸，甲酸与碳酸钠反应生成甲酸钠，甲酸钠系无毒害物质且易被阴沟中的细菌所分解为CO2和H2O,不引起环境二次污染，所以废液可以直接排放。
[0049]三维电极反应器中由于粒子电极的加入大大的提高了电极的表面积，活性炭比表面积一般高达500?1700m2 *g-l，又是疏水性物质因此对水中溶解的甲醛具有较强的吸附能力对甲醛起到富集作用即在活性炭表面聚积的甲醛浓度远高于主体溶液浓度，大大提高甲醛被电极氧化的速度也，进而能显著减少能耗。另外活性炭对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力，吸附饱和的活性炭被电极不断氧化再生重复使用，减少维护费用。
[0050]活性炭填充电极电解法是将吸附过程和电解过程相结合，在电解反应器中，加入活性炭，相当于将原来的二维电场转化为三维电场，反应界面增大，从而产生了更多的微气泡。产生的微气泡对溶液进行了强制对流，电极上的扩散传质过程的传质速度要大于二维平板电极上的扩散传质过程的传质速度，从而加速了液相传质速度。此外本发明活性炭表面含有含氮官能团和纳米级铜氧化物，具有极大的催化能力这种吸附过程和降解过程相结合提闻反应速度减低能耗。
[0051]粒子电极的选择是反应器设计的关键问题，复极性三维电极反应器中一般填充导电粒子和绝缘粒子，加入绝缘粒子的目的是将活性炭粒子与导电粒子分离，防止形成短路电流。然而在实际应用中，往往由于两种材料的密度和粒径相差较大，在水流的长期冲击作用下，使得导电粒子和绝缘粒子分层，从而导致短路电流增大，即电流效率下降。本试验中采用表面改性的活性炭颗粒，其堆比重为400mg/ml-l.5mg/ml与绝缘粒子的堆比重相差不多，在曝气作用下，活性炭能够比较均匀的分散于两极板之间，有效地减小了短路电流，因此无需外加绝缘粒子。
[0052]极板间距对电解效果的影响是显而易见的，它影响着溶液的传质距离和电极电势，在三维电极反应器中，极板间的距离小，相应地减小了对流、扩散传质的传质距离增大了传质的浓度梯度，强化了传质效果电化学反应的速率和效率都得以提高，进而提高甲醛的降解效率。但是间距过小会影响操作的稳定性，关系到粒子电极的填充量，同时较小的电极间距可以获得较高的电流密度，但是缩小电极间距的同时，粒子电极的填充量相应的减少，综合考虑这些因素，并且通过反复的试验，本试验中电极的间距设定为3.0cm0
[0053]粒子电极的污染是三维电极反应器设计的另一关键问题。当三维电极反应器反应器中，污染物质被截留到粒子电极表面，并在其表面发生氧化还原反应。但当三维电极反应器长时间运行之后，因污水中的悬浮物、污染物及其降解中间产物往往会吸附或沉积在电极表面，导致电极表面堵塞，即粒子电极被污染。一旦粒子电极被污染，粒子颗粒就失去其截留及降解污染物质的能力，从而导致电流效率下降。本发明中，由鼓风机向三维电极反应器提供高压空气，对三维电极的粒子电极起到曝气的作用。在反应器运行过程中，曝气产生的气泡不断地对极板及活性炭粒子表面进行冲刷，能够较好的防止电解液中的悬浮物、污染物及难降解中间产物在电极表面的沉积，使得三维电极反应器能够长时间稳定运行。此外曝气还起到如下四个作用:(1)使活性炭颗粒处于流动、分散态，在高梯度电场下被感应形成复极化粒子电极；(2)强化了传质过程；(3)向体系提供充足的氧气，溶液中的氧可在工作电极或阴极上发生还原反应转变为强氧化剂(如过氧化氢等)，从而间接地氧化污染物；(4)进一步将空气中的甲醛溶解于电解液中，增加电解液中甲醛的浓度。
[0054]进一步地，为了使空气与电解液的接触面更大，本发明还包括一个箱体9，所述箱体9设置在壳体I内，所述箱体9顶部开设有一出风口 10，出风口 10与抽风扇3的抽风口密封相接；所述喷淋头4设置在箱体9的内侧顶部，所述箱体9内位于喷淋头4的下方设置有固定栅式填料11，该固定栅式填料11主要由若干根固体条形物和两块竖直平行的薄板组成，若干根固体条形物呈横向随机间隔交错在两块竖直平行的薄板之间，所述箱体9的底部侧壁上还设置有箱体进气口 14，位于箱体9底部设置有电解液出液口 15，电解液出液口 15正对下方的三维电极反应器5。
[0055]由多根固体条形物随机间隔交错分布组成固定栅式填料11，喷淋头4喷出的电解液落入固体条形物中并在固体条形物表面形成液体膜；由抽风扇3从壳体I的进气口抽入的空气在固体条形物之间与电解液接触，空气中的甲醛溶入电解液中，跟随电解液落入三维电极反应池中反应分离。
[0056]为了使被吸入箱体9内的空气与电解液接触更加均匀，在箱体9内侧位于固定栅式填料11与箱体进气口 14之间还设置有带有网孔结构的空气分流板8。当空气被吸入后，经过空气分流板8的整流分布后，可使箱体9内的固体条形物均接触来自净化器外的“新”空气，达到充分溶解的效果；同时空气分流板8的网孔也是箱体9内电解液向下流通的通道。
[0057]固体条形物的横截面形状一般按横截面的面积尽可能大，且表面平整、不带死角来选择，以便清洗用。所以固体条形物的横截面一般选为圆形、椭圆形、三角形、正方形或多边形；固体条形物的材料可以为塑料、竹料、木料、秸杆、陶瓷或金属管。
[0058]本发明还提供了一种电催化空气净化方法，它包括以下步骤:
[0059](I)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为3-5%Na2S04和浓度为0.5_2%Na2C03的Na2SO4-Na2CO3混合电解液(以下简称电解液冲；
[0060](2)将步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛用的活性炭颗粒；
[0061](3)对三维电极反应器通入电压为4-20V，电流为2-5A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
[0062]所述步骤(2)中在通入直流电流时，还从三维电极反应器的底部吹入l_7KPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛。
[0063]所述三维电极反应器的阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，粒子电极的活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径大小为3-5mm。
[0064]所述步骤(2)反应后的电解液回流至步骤(I)中再次用于溶解甲醛。
[0065]例I
[0066](I)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为3%Na2S04和浓度为2%Na2C03的电解液中；
[0067](2)将步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛用的活性炭颗粒；阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径为4mm。
[0068](3)从三维电极反应器的底部吹入7KPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛。
[0069](4)对三维电极反应器通入电压为4V，电流为2A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
[0070](5)将步骤(4)反应后的电解液回流至步骤(I)中再次用于溶解甲醛。
[0071]例2[0072](I)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为5%Na2S04和浓度为0.5%Na2C03的电解液中；
[0073](2)将步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛用的活性炭颗粒；阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径为5mm。
[0074](3)从三维电极反应器的底部吹入4KPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛。
[0075](4)对三维电极反应器通入电压为20V，电流为5A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
[0076](5)将步骤(4)反应后的电解液回流至步骤(I)中再次用于溶解甲醛。
[0077]例3
[0078](I)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为4%Na2S04和浓度为l%Na2C03的电解液中；
[0079](2)将步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛用的活性炭颗粒；阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径为3mm。
[0080](3)从三维电极反应器的底部吹入IKPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛。
[0081](4)对三维电极反应器通入电压为12V，电流为3.5A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
[0082](5)将步骤(4)反应后的电解液回流至步骤(I)中再次用于溶解甲醛。
[0083]本发明的电学氧化机理:
[0084]依照本工艺跟同类型制造工艺相比具有下列特点:
[0085](I)具有提高催化活性降低运行成本的作用
[0086]由于本发明的反应器是以廉价电能作为激发能，以空气为原料，在粒子电极上产生两电子还原，产生具有一定氧化性的H2O2,其反应式如下:
[0087]02+2H++2e — H2O2 (I)
[0088]这些初生态的H2O2在活性炭粒子的催化下，产生氧化性极强的羟基自由基:
[0089]H202+Mx0y (M) +H+ — OH.+MxIH2O (2)
[0090](式中M为金属)
[0091]其次，所使用的粒子电极为特制活性炭，具有极大比表面积，有极强的吸附作用，因而对水中的有机物起到富集作用；活性炭表面具有特殊含氮官能团和纳米铜或其氧化物，有极强的催化作用；以致粒子电极表面高活性的OH-在被水分子淬灭之前，有机会和有机物的分子接触，因此能迅速有效地并且彻底地矿化有机污染物；反应式如下:
[0092]OH.+R — CO2+ 无机离子 ⑶
[0093](式中R系有机物)
[0094]通过以上(I)- (3)分析可知:廉价的电能和原料，以及快速反应的速率，必然大幅度降低运行成本，估算可以节约电能30%以上。
[0095](2)本发明电极用活性炭主要采用氮化物改性，使活性炭中形成一定量的含氮官能团和吡咯键；采用铜化物改性使活性炭表面均匀分布大量纳米级的铜或铜化物的微粒，使炭表面形成无数的催化活性中心；这两项措施可以大大提高电极活性炭的催化能力，据测试:含2%甲醛废水在常压，温度60°C下电解30min.降解率达97%以上，电解产物为无毒易被微生物降解的低级脂肪酸或其盐类；因此，本发明活性炭电极完全可以代替载有钼、钌或稀土金属的活性炭电极；由于避免采用稀贵金属为原料，因而大大降低电极和反应器的制造成本有利于工业化生产。
[0096]本发明空气净化器对甲醛去除效果的验证:
[0097]关于空气净化器质量的评估，没有国家标准作为依据；本发明采用行业惯用做法(李玉华等，新型填充式空气净化器净化甲醛效果与计算模拟，环境科学9，2008)进行测定，其方法如下:
[0098](I)本发明试验采用如下制订的小型电催化空气净化器:
[0099]功率(w):30-60;
[0100]风量(m3/h):100-300;
[0101]噪音(dB):35-50;
[0102]适用房间面积(m2):30;
[0103]应用场所:卧室、客厅、办公室、会计室、娱乐室等。
[0104](2)甲醛去除率的测定:
[0105]测定的步骤如下:
[0106]①实验在30m3的洁净室内进行，房间完全与外界隔绝，密闭性良好；
[0107]②实验前对室内空气检测，要求甲醛浓度低于国空标准的检测限，实验过程中，房间内放置污染源、风扇和小型电催化空气净化器；
[0108]③将小型电催化净化器及风扇放入实验房间，同时放置污染源，即质量分数为37%的甲醛溶液，通过对甲醛溶液加热使其挥发，同时打开风扇进行空气混合，一定时间内，在室内选几个测试点，连续采样分析，了解其自然衰减规律，并确定室内甲醛浓度分布的均匀性；
[0109]④了解甲醛自然衰减率以后，开始甲醛净化试验，测定室内甲醛初始浓度以后，开启本发明小型电催化空气净化器，净化器开启试验时间为60min ；
[0110]⑤米集的试样参照GB/T15516-1995《空气质量-甲醒的测定一乙酰丙酮分光光度法》并采用UV-160A型分光光度计进行分析。
[0111]实验结果如下表:
[0112]表I小型电催化空气净化器甲醛消除结果情况表
[0113]
【权利要求】
1.一种电催化空气净化器，其特征在于:它包括壳体(I)、电解液循环泵(2)、以及由上而下依次设置在壳体(I)内的抽风扇(3 )、喷淋头(4 )、若干个三维电极反应器(5 )和储液槽(6);所述壳体(I)上位于储液槽(6)上方的侧壁上开设有壳体空气进口 A (7)，所述电解液循环泵(2 )的吸入口连接储液槽(6 )，电解液循环泵出口与喷淋头(4 )连接，所述喷淋头(4 )的喷淋出来的电解液落入三维电极反应器(5)中，所述抽风扇(3)的抽风口位于喷淋头(4)上方，所述抽风扇(3)上方的壳体(I)上开设有至少一个的出气口(20)。
2.根据权利要求1所述的电催化空气净化器，其特征在于:它还包括一个箱体(9)，所述箱体(9)设置在壳体(I)内，所述箱体(9)顶部开设有一出风口(10)，出风口(10)与抽风扇(3)的抽风口密封相接；所述喷淋头(4)设置在箱体(9)的内侧顶部，所述箱体(9)内位于喷淋头(4)的下方设置有固定栅式填料(11)，该固定栅式填料(11)主要由若干根固体条形物和两块竖直平行的薄板组成，若干根固体条形物呈横向随机间隔交错在两块竖直平行的薄板之间，所述箱体(9)的底部侧壁上还设置有箱体进气口(14)，位于箱体(9)底部设置有电解液出液口( 15 )，电解液出液口( 15 )正对下方的三维电极反应器(5 )。
3.根据权利要求2所述的电催化空气净化器，其特征在于:所述箱体(9)内侧位于固定栅式填料(11)与箱体进气口(14)之间还设置有带有网孔结构的空气分流板(8)。
4.根据权利要求2或3所述的电催化空气净化器，其特征在于:若干个所述三维电极反应器(5)依次并排，相临的两个三维电极反应器(5)之间均设有用于反应器内的电解液相互流动的设有溢流口 A (23)，所述电解液出液口(15)正对若干个三维电极反应器(5)中最侧边的一个。
5.根据权利要求1、2或3所述的电催化空气净化器，其特征在于:所述三维电极反应器(5)包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述阳极平板的材料为高纯石墨，阴极平板的材料为不锈钢，粒子电极的材料为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的粒径的大小为3-5mm。
6.根据权利要求1、2或3所述的电催化空气净化器，其特征在于:所述壳体(I)内还设置一个鼓风机(16)和高压空气导管(17),所述壳体(I)上位于鼓风机(16)旁设置有用于鼓风机(16)吸收壳体(I)外部空气用的壳体空气进口 B (18)，所述高压空气导管(17) 一端与鼓风机(16)的出风口连接，另一端插入三维电极反应器(5)的底部。
7.一种电催化空气净化方法，其特征在于:它包括以下步骤: (1)通过空气净化器中的抽风扇和电解液喷淋头的相互作用使甲醛溶解于含有浓度为3-5%Na2S04 和浓度为 0.5_2%Na2C03 的 Na2SO4-Na2CO3 混合电解液中； (2)将步骤(I)溶解有甲醛的电解液垂直流入三维电极反应器中，该三维电极反应器包括阳极平板、阴极平板、粒子电极以及槽体，所述粒子电极为用于吸附甲醛并催化降解甲醛用的活性炭颗粒； (3)对三维电极反应器通入电压为4-20V，电流为2-5A的直流电流，使溶解于电解液中的甲醛被氧化成甲酸钠。
8.根据权利要求7所述的电催化空气净化方法，其特征在于:所述步骤(2)中在通入直流电流时，还从三维电极反应器的底部吹入l_7KPa的高压气流，使反应器内的活性炭颗粒翻动，形成动态吸附，富集甲醛并降解甲醛。
9.根据权利要求7或8所述的电催化空气净化方法，其特征在于:所述三维电极反应器的阳极平板为高纯石墨，阴极平板为不锈钢，粒子电极的活性炭颗粒为表面改性具有催化活性的活性炭颗粒，其粒径为3-5mm。
10.根据权利要求7或8所述的电催化空气净化方法，其特征在于:所述步骤(2)反应后的电解液回流至步骤(1)中再次用于溶解甲醛。
【文档编号】B01D53/86GK103463974SQ201310438250
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】林天安 申请人:林天安