[0001] 技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠同時濾除空氣中的微粒、臭氧、 和氮氧化合物的空氣過濾器。
[0003] 背景技術(shù)
[0004] 局部空間空氣凈化是當前對抗空氣污染的主要手段，由于人類的絕大多數(shù)的時間 處于室內(nèi)，室內(nèi)空氣凈化是大家關(guān)心的重點，同室外空氣及工業(yè)區(qū)空氣差別極大、室 內(nèi)的主要空氣污染物以揮發(fā)性有機物為主、有一定量的微生物(病菌、病毒、真菌、 等)、和少量的微粒(如PM2.5)。揮發(fā)性有機物來源于廚房活動(如燃燒的煤氣、 食物的分解及固有揮發(fā)性組分)，吸煙、室內(nèi)裝修材料和家具的釋放以及室外大氣的 向房間內(nèi)循環(huán)等等。美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National ?Laboratory)的研究結(jié)果顯示，室內(nèi)的揮發(fā)性有機物，有一百多種超標。另外室內(nèi)的 生活環(huán)境適宜于微生物的生長，營養(yǎng)豐富、溫度適宜，所以室內(nèi)的微生物含量，在大 多數(shù)情況下，都高于室外。室內(nèi)產(chǎn)生微粒的源較少，而室外空氣在進入室內(nèi)的過程中 有多次的阻擋攔截，所以室內(nèi)的微粒數(shù)量，絕大多數(shù)情況下，遠遠低于室外空氣。所 以對于室內(nèi)的空氣凈化，重點是清除揮發(fā)性有機物，同時去除微生物和空氣中的微粒。
[0005] 當前成熟的破壞揮發(fā)性有機物的方法，包括高溫燃燒、電離、紫外活化與催化、 臭氧氧化等，破壞揮發(fā)性有機物的過程中全部產(chǎn)生臭氧、氮氧化合物等這些對人體危 害更大的二次污染物。已知的氮氧化合物吸收方法，無論是液相吸收(Chemical ?Engineering Science，卷60，2005年，頁6462?6471)還是傳統(tǒng)的石灰水氧化吸收 (Environment Protection Engineering，卷37，2011年，頁13-22)，需要吸收或吸附 材料量都很大，且會出現(xiàn)氣體通道堵塞的問題，這些技術(shù)手段應(yīng)用于家用空氣凈化器 是一個挑戰(zhàn)。而當科學(xué)研究結(jié)果顯示臭氧的危害大于揮發(fā)性有機物后(參閱文獻：美 國環(huán)保總署2006年EPA報告，EPA/600/R-05/004aF-cF；Ozone’s impact on public ?health，2006年，Environmental Health Perpsectives,卷114,頁1489-1496；Proceedings ?of Healthy Buildings 2009，Paper 141；等等)，并且發(fā)現(xiàn)臭氧在空氣中的半衰期雖然 隨條件的變化而存在差別，但是臭氧的半衰期都在幾十分鐘、甚至于幾千分鐘，而并 非原來推測的，由于臭氧的強氧化性，它在室內(nèi)環(huán)境下會迅速消失。另外，最新的研 究結(jié)果[Concentrations on the order of 10ppb can lead to significant health effects ?(Lawrence Berkeley National Laboratory，2012，LBNL-5889E)]證實了很多科學(xué)家 的推論，“由于臭氧的氧化能力很強，因此，只要身體接觸到臭氧，就會對身體造成 損害”。因此，本領(lǐng)域的科學(xué)家進行了大量的實驗，設(shè)法尋找合適的清除室內(nèi)臭氧的 辦法。但是，迄今為止，沒有找到合適的清除方法。利用現(xiàn)有的加熱、制冷和空調(diào)系 統(tǒng)清除室內(nèi)臭氧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化損壞現(xiàn)有系統(tǒng)的同時，產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機 物(如甲醛等羰基有機物、甲酸)、和超細微粒(參見文獻：Proceedings of Indoor Air’05, the 10th International Conference on Indoor Air Quality and Climate II,Beijing,China, 頁1521?1525；和2006，Atmospheric Environment，卷40，頁315-325)，相當于揮發(fā) 性有機物和臭氧之間的相互轉(zhuǎn)化，耗費了能量，但是未起作用。使用還原性物質(zhì)制備 的過濾器(Filters)來清除室內(nèi)的臭氧，例如硅烷化的聚(1,4-亞苯基硫醚)[PFS： Silanized poly(1,4-phenylene sulfide)]、亞硫酸鈉(Na2SO3)、硫代硫酸鈉(Na2S2O3)、 碘化鉀(KI)(參閱：Environ Sci Technol.2001年，卷35，頁1458-62)、和還 原性活性碳(參閱：Am Ind Hyg Assoc J.1999年，卷60，頁589-600)等等，由于 這些物質(zhì)的固體是固定在過濾器裝置內(nèi)，只有這些物質(zhì)的表面能夠和臭氧反應(yīng)，而內(nèi) 部由于無法接觸到臭氧沒有利用，所以需要的物質(zhì)的量很大。例如，即使采用非常細 的活性炭纖維，還原性活性炭和臭氧反應(yīng)清除臭氧的能力，最高只能達到0.2克臭氧 /克活性炭(理論值應(yīng)當達到2.67克臭氧/克活性炭。Proceedings of the 8th ?International Conference on Indoor Air Quality and Climate,Indoor Air 99, Edinburgh,Scotland,Aug.8-13,1999,Vol.4,p.49-54)。在使用催化劑催化 降解臭氧領(lǐng)域，常常需要使用非常貴的金屬催化劑，例如鉑(Pt)、金(Au)等，并 且催化劑的活性下降很快(參閱：Atmospheric Environment，卷6,1972年，頁 707?714)。
[0006] 對于室內(nèi)空氣凈化器，需要一種新的過濾器系統(tǒng)，在能夠過濾去除室內(nèi)微粒的同 時，能夠去除空氣中的臭氧和氮氧化合物。
[0007] 發(fā)明內(nèi)容
[0008] 本發(fā)明提供一種空氣過濾器，以解決現(xiàn)有技術(shù)通過高溫燃燒、電離、紫外活化與 催化、臭氧氧化方法等破壞揮發(fā)性有機物的同時會產(chǎn)生臭氧、氮氧化合物等對人體危 害更大的二次污染物的技術(shù)缺陷。
[0009] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：
[0010] 一種空氣過濾器，所述空氣過濾器由缸體、容納在所述缸體內(nèi)的液體和固體顆粒 構(gòu)成，所述缸體上設(shè)置有進氣口和出氣口，所述固體顆粒具備還原性。
[0011] 優(yōu)選為，所述液體為甘油(Glycerin)、植物油(Vegetable oils)、硅油(Silicone oil)、導(dǎo)熱油和液體高分子如聚乙二醇(PEG)、氯化-1-乙基-3-甲基咪唑 (1-Ethyl-3-methyl imidazol ium chloride)、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺鹽 (1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide)、溴化-1-丁基-3，5-二甲基吡啶 (1-butyl-3,5-dimethylpyridinium bromide)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼 (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)和N-甲基-N-丁基六氟磷酸鹽 (N-methyl-N-butylpyrrol idinium hexafluorophosphate)。
[0012] 優(yōu)選為，所述固體顆粒為硅烷化的聚(1,4-亞苯基硫醚)[PFS：Silanized ?poly(1,4-phenylene sulfide)]顆粒、亞硫酸鈉(Na2SO3)顆粒、硫代硫酸鈉(Na2S2O3) 顆粒、碘化鉀(KI)顆粒、還原性活性碳顆粒、鐵粉和二氧化錳顆粒。
[0013] 優(yōu)選為，所述固體顆粒為還原性活性碳顆粒、鐵粉和二氧化錳顆粒。
[0014] 優(yōu)選為，所述固體顆粒的大小為10-200目。
[0015] 優(yōu)選為，所述固體顆粒在所述液體中的含量為5％-20％。
[0016] 在采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明提供的空氣過濾器(Filter)能夠同時過濾除去 空氣中的微粒、臭氧和氮氧化合物，現(xiàn)有的過濾器都是固體胎具(Matrix)，而本發(fā) 明過濾器是液態(tài)胎具。本發(fā)明提供的空氣過濾器將固體顆粒有效的分散到液體內(nèi)，利 用固體和液體形成的類似液體混晶體系，有效攔截空氣中的微粒，從而達到過濾去除 空氣中微粒的目的?？諝膺^濾器去除微粒、臭氧和氮氧化合物的效果顯著，成本較低， 具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0017] 附圖說明
[0018] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0019] 圖1是本發(fā)明空氣過濾器實施例1的結(jié)構(gòu)視圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明空氣過濾器實施例2的結(jié)構(gòu)視圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明空氣過濾器實施例3的結(jié)構(gòu)視圖。
[0022] 具體實施方式
[0023] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實 施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域 普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明 保護的范圍。
[0024]?空氣過濾器由缸體1、容納在缸體1內(nèi)的液體2和固體顆粒3構(gòu)成，缸體1上設(shè) 置有進氣口11和出氣口12，并且缸體1為透明材質(zhì)。
[0025] 液體2為高沸點或者沒有揮發(fā)性，并且液體2不和固體顆粒3發(fā)生反應(yīng)，液體2 為甘油(Glycerin)、植物油(Vegetable oils)、硅油(Silicone oil)、導(dǎo)熱油 和液體高分子如聚乙二醇(PEG)。在室溫下是液態(tài)的離子液體，例如氯化-1-乙基-3- 甲基咪唑(1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride)、1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺 鹽(1-Ethyl-3-methyl imidazol ium dicyanamide)、溴化-1-丁基-3，5-二甲基吡啶 (1-butyl-3,5-dimethylpyridinium bromide)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟化硼 (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)和N-甲基-N-丁基六氟磷酸鹽 (N-methyl-N-butylpyrrolidinium hexafluorophosphate)。
[0026] 具備清除臭氧和氮氧化合物的能力的過濾器，固體顆粒3具備一定的還原性，由 于空氣中含有大量的氧氣和水氣，固體顆粒3又不會同氧氣和水反應(yīng)。固體顆粒3為 硅烷化的聚(1,4-亞苯基硫醚)[PFS：Silanized poly(1,4-phenylene sulfide)] 顆粒、亞硫酸鈉(Na2SO3)顆粒、硫代硫酸鈉(Na2S2O3)顆粒、碘化鉀(KI)顆粒、 還原性活性碳顆粒、鐵粉和二氧化錳顆粒。優(yōu)選選用還原性活性碳顆粒、鐵粉和二氧 化錳顆粒。
[0027] 固體顆粒3的大小一般選用10-200目，固體顆粒3大于10目，對應(yīng)的表面積和 重量之比太小，致使能夠快速參與反應(yīng)清除臭氧的固體重量百分比太小，效果不明顯。 固體顆粒3大于200目，雖然能夠快速參與反應(yīng)清除臭氧的固體重量百分比大，但是 當這種大于200目的固體顆粒3分散到液體2中后，過濾介質(zhì)的粘度太大，過濾器中 的壓差降幅太大，因此一般不選用大于200目的固體顆粒3。
[0028] 本發(fā)明提供的過濾器，固體顆粒3在液體2中的含量，一般在5％-20％之間，雖然 比重小于5％也有效果，但過濾器清除臭氧的能力較低，也不優(yōu)選；比重高于20％時過 濾介質(zhì)的粘度太大，也不優(yōu)選。
[0029] 本發(fā)明提供的過濾器與現(xiàn)有過濾器相似，同樣也需要被過濾的氣體通過過濾器。 只要能夠讓氣體和過濾器充分接觸都可行。一般情況下，被過濾的氣體從過濾器的下 部進入、然后從過濾器的上部離開，過濾氣體的效果最好。
[0030] 實施例1：
[0031] 如圖1所示：過濾器由缸體1、容納在缸體1內(nèi)的液體2和固體顆粒3構(gòu)成，缸 體1上設(shè)置有進氣口11和出氣口12，并且缸體1為透明材質(zhì)，出氣口12有兩個分別 位于進氣口11的兩側(cè)，進氣口11和出氣口12都位于缸體1的上方。
[0032] 第一步：需要過濾的空氣通過處于中間部位的進氣口11進入液體2內(nèi)，然后經(jīng) 過進氣口11底部進入液體2，從而氣體從過濾器的下部進入；第二步：氣體被液體2 和固體顆粒3過濾；第三步：過濾后的空氣，通過出氣口12離開過濾器。
[0033] 實施例2：
[0034] 如圖2所示：過濾器由缸體1、容納在缸體1內(nèi)的液體2和固體顆粒3構(gòu)成，缸 體1上設(shè)置有進氣口11和出氣口12，并且缸體1為透明材質(zhì)，出氣口12有兩個分別 位于進氣口11的兩側(cè)，進氣口11位于缸體1的下方，而兩個出氣口12位于缸體1 的上方。
[0035] 第一步：需要過濾的空氣通過處于缸體1中間部位的進氣口11進入，然后在進 氣口11導(dǎo)流管面的作用下，氣體通過進氣口11底部離開并進入液體2中，完成氣體 從過濾器的下部進入；第二步：氣體被液體2和固體顆粒3過濾；第三步：經(jīng)過過濾 后的空氣，通過出氣口12離開過濾器。
[0036] 實施例3：
[0037] 如圖3所示：過濾器由缸體1、容納在缸體1內(nèi)的液體2和固體顆粒3構(gòu)成，缸 體1上設(shè)置有進氣口11和出氣口12，并且缸體1為透明材質(zhì)，進氣口11和出氣口 12各有一個，進氣口11位于缸體1的左側(cè)，出氣口12位于缸體1的右側(cè)。
[0038] 第一步：需要過濾的空氣通過處于缸體1中間部位的進氣口11進入，然后在進 氣口11導(dǎo)流管面的作用下，氣體通過進氣口11底部離開并進入液體2中，完成氣體 從過濾器的下部進入；第二步：氣體被液體2和固體顆粒3過濾；第三步：經(jīng)過過濾 后的空氣，通過出氣口12離開過濾器。
[0039] 實驗中給出的所有數(shù)據(jù)，都是至少三次平行試驗結(jié)果的平均值。
[0040] 實驗一：去除空氣中微粒
[0041] 使用附圖3所示的透明玻璃過濾器，以利于觀察試驗過程，缸體1為透明材質(zhì)， 缸體1的高度H為30厘米、缸體1的直徑D為20厘米、進氣口11的直徑d為8厘 米，進氣口11的底部離缸體1的底部距離為3厘米。
[0042] 向缸體1內(nèi)加入固體顆粒3為50目的鐵粉和液體2為食用大豆油6.5升。并向 過濾器內(nèi)通入空氣，空氣流速為1.5米/秒，分別在進氣口11處和出氣口12處測定 氣體中的微粒數(shù)，結(jié)果如下：
[0043]
[0044] 結(jié)果顯示：過濾器使用鐵粉和不使用鐵粉相比較，使用鐵粉過濾空氣中的微粒效 果非常顯著。
[0045] 液體2選用硅油、導(dǎo)熱油、液體聚乙二醇、甘油，效果和液體2選用大豆油的過 濾效果一致。
[0046] 實驗二：去除空氣中臭氧
[0047] 使用實施例3中的透明玻璃過濾器。
[0048] 向過濾器內(nèi)加入固體顆粒3為不同目數(shù)的活性炭100克和液體2為食用大豆油6.5 升。在30立方米的密封試驗艙內(nèi)，使用150立方米/小時的進氣泵向過濾器內(nèi)進風(fēng)， 通過向密封試驗艙內(nèi)補加臭氧的方法維持臭氧濃度穩(wěn)定100ppb(0.1ppm)，直到密封 試驗艙內(nèi)的臭氧濃度不再下降。相對于固體顆粒3中沒有加入食用油。計算活性炭吸 收的臭氧量，結(jié)果如下：
[0051] 結(jié)果顯示：在使用過濾器時，活性炭吸收臭氧的能力遠遠高于單獨使用活性炭來 還原臭氧。沒有使用液體2，活性炭顆粒只有100目時，活性炭的破壞臭氧的能力只 有0.17(克臭氧/克活性炭)；有液體2存在時，即使是非常大的活性炭顆粒，如35 目的活性炭顆粒，其降解臭氧的能力提高了5倍多。
[0052] 實驗三：去除空氣中臭氧和氮氧化合物
[0053] 使用實施例3中的透明玻璃新過濾器。
[0054] 向過濾器內(nèi)加入固體顆粒3為50目的鐵粉650克和液體2為食用大豆油6.5升。
[0055] 使用150立方米/小時的進氣泵，向過濾器內(nèi)通入空氣，分別在進氣口11處和出 氣口12處測定氣體中的微粒數(shù)、臭氧濃度、氮氧化合物濃度，進氣口的微粒數(shù)為180 微克/立方米、臭氧濃度為110ppb、氮氧化合物濃度為335ppb、測量出氣口污染物濃 度的變化，結(jié)果如下：
[0056]
[0057] 結(jié)果顯示，本發(fā)明提供的過濾器，過濾清除空氣污染物微粒、臭氧、氮氧化合物 的能力，非常穩(wěn)定，72小時后，過濾效果沒有下降。
[0058] 實驗四：去除空氣中臭氧催化劑顆?；钚?br /> [0059] 使用實施例3中的透明玻璃過濾器。
[0060] 向過濾器內(nèi)加入固體顆粒3為50目的氧化錳(MnO2)顆粒650克，對比添加液 體2為6.5升的硅油和不使用液體2的除臭氧能力變化。
[0061] 使用150立方米/小時的進氣泵，向過濾器內(nèi)通入空氣，分別在進氣口11處和出 氣口12處測定氣體中的微粒數(shù)、臭氧濃度、氮氧化合物濃度，進氣口11的臭氧濃度 為110ppb，測量出氣口污染物濃度的變化，結(jié)果如下：
[0062]
[0063] 結(jié)果顯示，使用液體2的過濾器，對于催化劑氧化錳，過濾器單次降解臭氧的能 力非常穩(wěn)定，72小時后，降解效果沒有下降，而在沒有使用液體2的情況下，單次降 解臭氧的能力低于有液體2的情況，且呈現(xiàn)逐步下降的趨勢。
[0064] 本發(fā)明提供的空氣過濾器(Filter)能夠同時過濾除去空氣中的微粒、臭氧和氮 氧化合物，現(xiàn)有的過濾器都是固體胎具(Matrix)，而本發(fā)明過濾器是液態(tài)胎具。本 發(fā)明提供的空氣過濾器將固體顆粒3有效的分散到液體2內(nèi)，利用固體和液體形成的 類似液體混晶體系，有效攔截空氣中的微粒，從而達到過濾去除空氣中微粒的目的。 空氣過濾器去除微粒、臭氧和氮氧化合物的效果顯著，成本較低，具有廣闊的市場應(yīng) 用前景。

[0065] 最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參 照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然 可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同 替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方 案的精神和范圍。

原文來源：http://www.joltsites.com/