净化含氧气体的方法和设备技术

本发明专利技术的一个目的是要提供一种净化含氧气体的方法和设备，用这一方法和设备不仅可使所述的含氧气体即时消毒、除臭和净化，而且还可使气体中所含的难分解有机化合物分解成低分子量化合物，例如碳酸气和水；以及所述的方法包括第一步，用≥２００纳米但＜３００纳米的短波长紫外线照射气体例如要处理的空气，以便产生臭氧；第二步，用≥２００纳米但＜３００纳米的中波长紫外线照射在第一步中处理过的空气，以便形成活性氧；以及第三步，用≥３００纳米但＜３８０纳米的长波长紫外线照射在第二步中处理过的空气，以便使活性氧转变成基态的氧分子，至少第二步和／或第三步在含有斜方晶体的氧化钛颗粒或负载有另一金属细颗粒的斜方晶系氧化钛颗粒的光催化剂存在下进行。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种净化含氧气体的方法和设备。更具体地说，本专利技术涉及这样一种净化含氧气体的方法和设备，通过所述的方法和设备，不仅可使空气消毒或除臭以及可使优选用于清洁房间的空气净化，而且也可使空气中所含的难分解的有机化合物和空气的无机污染物例如Nox、Sox、CO和NH3分解，从而使它们变成无害的。
技术介绍
作为净化含氧气体(为了简便，下文有时称为空气)的方法，迄今(1)用臭氧发生设备在空气中产生臭氧以及然后扩散的方法，(2)用杀菌灯使空气进行消毒的方法以及(3)使用安装在清洁房间或其他地方的HEPA(高效颗粒空气)过滤器或化学过滤器的方法是已知的。但是，存在这样一些问题，(1)的臭氧扩散法释放出对人体有害的臭氧，(2)的方法不能即时使大量空气消毒，因为这一方法在原理上使用波长为254纳米的紫外线，因此不能形成活性氧，而且(2)的方法在杀菌灯的阴影部分中没有效果；以及使用HEPA过滤器的(3)的方法仅细菌被过滤器捕获，没有消毒作用，并且它有这样一些缺点以致当使用化学过滤器时，需要长的时间来更换过滤器，尽管可产生消毒作用；而当超过适于更换过滤器的时间时，与预期的相反，细菌不断繁殖。此外，当难分解的有机化合物含在要处理的空气中时，用上述的方法不可能分解和除去这些有机化合物例如含氯的芳族化合物。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决上述传统的技术中存在的问题以及提供这样一种净化空气的方法和设备，用这一方法和设备大量要处理的空气(为了简便起见，下文有时将“要处理的”一词省去)可即时消毒、除臭和净化，并可再次得到对人体和牲畜无害的空气。本专利技术的另一目的是要提供这样一种净化空气的方法和设备，用这一方法和设备，在难分解的有机化合物中的碳原子之间的链例如单键、双键、三键可断裂使所述化合物分解成低分子量化合物，例如碳酸气和水，甚至当难分解的有机化合物含在空气中时。本专利技术净化空气的方法的特征是，在含有氧化钛的光催化剂存在下用紫外线照射空气。更具体地说，本专利技术净化空气的方法包括第一步，用短波长(例如≥110纳米，但＜200纳米)紫外线照射空气，使空气中产生臭氧；第二步，用中波长(≥200纳米，但＜300纳米)的紫外线照射在第一步中处理过的空气，以便形成活性氧；以及第三步，用长波长(≥300纳米，但＜380纳米)的紫外线进一步照射在第二步中处理过的空气，以便使活性氧转变成基态的氧分子，至少第二步和/或第三步在光催化剂存在下进行。在空气中产生臭氧的步骤不限于上述紫外线照射的步骤，还包括在空气中进行无声放电的步骤。光催化剂通常包含光半导体颗粒，例如二氧化钛。当需要时，光催化剂含有这样的颗粒，其中金属例如银细颗粒作为电极负载在光半导体颗粒上。作为光半导体颗粒，可使用本专业中大家熟悉的四方晶系的氧化钛颗粒(锐钛矿型或金红石型)，但特别希望使用斜方晶系的氧化钛颗粒或其他金属细颗粒负载的斜方晶系氧化钛颗粒。作为斜方晶系的氧化钛颗粒，板钛矿颗粒是最优选的。不同晶系的氧化钛颗粒或与氧化钛不同的光半导体颗粒可一起使用。在本专利技术的方法中，在上述第三步中处理过的空气优选进一步用红外线灯发出的射线(通常为或主要为红外射线)或用卤灯发生的射线(主要为近红外射线)照射空气来干燥。在这方面，虽然本专利技术的方法可用于净化各种含氧气体，但所述的方法最好用于净化空气。本专利技术净化空气的设备包括第一处理室有提供空气的设备和在空气中产生臭氧的设备，例如用短波长(≥110纳米，但＜200纳米)紫外线照射空气的设备；与第一处理室相连的第二处理室，有用中波长(≥200纳米，但＜300纳米)紫外线照射第一处理室提供的空气的设备；与第二处理室相连的第三处理室，有用长波长(≥300纳米，但＜380纳米)紫外线照射第二处理室提供的空气的设备，以及将第三处理室内处理过的空气排放到设备外的设备，第二处理室和/或第三处理室有光催化剂。作为在所述设备中使用的光催化剂，就本专利技术的方法来说，可使用与上述相同的或类似的设备。本专利技术的设备在上述第三处理室中优选装有一干燥室，其中安装有两部分一部分用红外灯发出的射线照射含氧气体，而另一部分用卤灯发出的射线照射含氧气体。虽然本专利技术的设备也可用于净化各种含氧气体，但所述的设备最好用于净化空气。附图简介附图说明图1为说明本专利技术净化空气的设备的一个例子的示意图。图中所示的符号分别表示如下设备、部件、部分等。1……净化空气的设备，2……壳体，3……空气送入口，3A……过滤器，4……空气排出口，4A……吸入式鼓风机，5……短波长紫外线的照射设备，6……第一处理室，7、8、11、12、15和16……隔墙，9……第二处理室，10……中波长紫外线的照射设备，13……长波长紫外线的照射设备，14……第三处理室，17……干燥室，18……红外灯，19……光催化剂，20……卤灯，A……空气。实施本专利技术的最好实施方案本专利技术是要通过紫外线照射空气来形成活性氧源的单重态氧和超氧化物，特别是要在特定的光催化剂存在下通过用中波长紫外线和长波长紫外线照射来促进产生上述的活性氧源，并通过高能(稍大于22.5千卡/摩尔)活性氧源不仅使空气消毒和除臭，而且使空气中所含的难分解有机化合物分解。通过优选用于本专利技术的各种波长的紫外线照射得到的氧的性质(在干燥气氛中)说明如下(1)用短波长(110-200纳米)紫外线照射 (2)用中波长(200-300纳米)紫外线照射 在潮湿气氛中，以下的反应也出现 (3)用长波长(300-380纳米)紫外线照射 在潮湿气氛中，以下反应也出现 在用中波长紫外线和长波长紫外线照射中，当光催化剂存在时，在催化剂表面上的电子射出，所述电子使基态氧原子形成活性氧阴离子，而活性氧阴离子相互键联形成有强消毒能力的超氧化物。此外，通过接收长波长紫外线的照射，超氧化物转变成基态氧原子。在潮湿气氛中，以下的反应也出现 在本专利技术的方法和设备中，除了含细菌或气味的空气外，还有所有的含氧气体，例如含有难分解有机化合物或无机空气污染物的废气，都是净化的对象。本专利技术使用的光催化剂包含作为光半导体颗粒的氧化钛颗粒或负载有作为电极的金属例如银细颗粒的氧化钛颗粒。当需要时，用吸附材料例如陶资粉涂覆光催化剂。作为氧化钛，虽然可使用四方晶系的锐钛矿型或金红石型氧化钛和斜方晶系的氧化钛，但在本专利技术中优选使用斜方晶系的氧化钛。作为斜方晶系的氧化钛颗粒，应特别提到板钛矿颗粒，所述的板钛矿可为天然产品或合成产品。当需要时，氧化钛(TiO2)颗粒可包含不同晶系的颗粒作为颗粒组分，并可使用与其他半导体颗粒的混合物，例如Cds、CdSe、WO3、Fe2O3、SrTiO3、或KNbO3。作为用作电极的金属细颗粒，除了银颗粒外，还可使用金、铂或铜的细颗粒。光半导体颗粒的直径优选为1-50微米。金属细颗粒的直径优选为0.05-0.1微米。光半导体颗粒与金属细颗粒的混合比优选为每100份重光半导体1-55份重、优选取20-30份重金属细颗粒，以便恰当地产生其消毒和除臭作用。吸附材料用来从空气中吸附细菌和病毒，并将它们保留在上面。除了陶资粉末例如磷灰石(黄绿磷灰石)、沸石或海泡石粉末外，还可以使用含活性炭和丝纤维的产品。作为磷灰石，优选能选择性吸附细菌和病毒的羟基磷灰石。这些吸附材料的颗粒直径(在含丝纤维的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种净化含氧气体的方法，所述的方法包括在含氧化钛的光催化剂存在下用紫外线照射所述的含氧气体。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：村田逞诠，菊池真道，阿部一雄，
申请(专利权)人：三井造船株式会社，生态学公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]