一种集成空气净化方法

专利名称：一种集成空气净化方法
技术领域：
本发明属于环保领域，涉及一种可以有效消除中、低浓度气态污染物以及微生物的集成 式空气净化技术。该技术可用来改善室内空气质量，特别是密闭和半密闭空间的空气质量， 同时也是解决中小型化工厂、制药厂、造纸厂以及其它企业气态污染物排放的一种有效方法。
背景技术：
随着科技的进步和人类文明的发展，人类赖以生存的大气质量却在下降，尤其是室内空 气污染还在日益加剧。室内空气污染主要是有害难降解有机化合物污染和微生物污染，其来 源主要有油漆、'胶粘剂、地毯、织物、化妆品、防蛀剂、空气清新剂、干洗的衣物等，比较 常见且危害较大的有人造板材中挥发出的甲醛、家具中挥发出的溶剂甲苯、地垫中挥发的氯
乙烯等。目前，室内空气中已检出350种不同的挥发性有机化合物，种类有脂肪烃、卤代烃、 芳香烃、醇、醛、酮、酯等，其中主要的污染物为甲醛、苯、甲苯、氟里昂类化合物、氯仿 等。这些污染会导致多种疾病，如白血病、癌症等。因此，如何创造一个清洁的人居绿色环 境是关系到广大人民群众身体健康甚至生命安全的头等大事。
另外，在某些密闭或者半密闭空间，如太空舱、大型机房、潜艇、人防工事、地铁、地下 工事等等中，与外界的通风受到严格限制或根本不可能通风。人员的生理活动、设备和机器 的运行、各种建筑材料、装饰材料以及设备材料本身的释放、甚至烹调做饭，都会产生大量 的有害气体。室内化学污染物对人体健康产生危害，即使低浓度的VOCs亦会导致急慢性病 的发生，比如苯、甲醛、三氯乙垸、三氯乙烯、多氯联苯(PCB )己被确认为致癌物。由 于缺少与外界新鲜空气的直接换气，因此导致各种污染物的累积，如果这些气态污染物不能 够得到及时的消除，势必会影响工作人员的身体健康。
再者，在某些中小型化工厂、制药厂、造纸厂以及其它企业中，排放气体中污染物的浓度 可能并不是很高，但却要远远超过国家规定的排放标准。这种排放气，如果采用传统的吸附 方法， 一是处理量大，二是成本较高，需要经常更换吸附材料，而废弃的吸附材料还需要人 力的拆换，并进一步的销毁处理。
目前普遍采用的过滤器仅对一定大小的悬浮颗粒污染物具有过滤作用，而且只能吸附一定量、特定种类的气态污染物，对室内或室外空气中的多数气态污染物没有清除作用。吸附 法是目前广泛应用的室内空气净化方法，活性炭类吸附剂具有广谱、高效、吸附容量大的特 点，被应用于居室、办公室等内部的空气净化，也应用于芯片车间、潜艇工作舱、航天器座 舱等特殊的室内环境的空气净化。吸附法只是有效的将气体污染物降低到一定标准，并没有 真正淸除气态污染物。另外，吸附饱和后即失效，需要定期更换吸附材料。吸附法不能除去 甲烷、乙烯、 一氧化碳、氢气等小分子污染物，对甲醛的去除效果也很差，同时对于微生物 也没有任何的作用。针对这一点，在一些场合采用催化技术对甲烷、乙烯、 一氧化碳、氢气 以及其它VOCs等污染物进行消除净化。催化燃烧床的工作温度高，通常在300 50(TC，需 要热交换设备对排出气降温。同时催化材料净化对象比较单一，尤其对于浓度低于1000ppm 的污染物气体，处理起来的能量消耗比较大。近几年发明的光催化技术，从原理上来说，可 以在温和的温度下处理各种气态污染物和微生物，但是它的催化效率非常低，对于处理大风 量的污染物来说，基本上没有多大的效果。

发明内容
本发明的目的在于提出一种具有广谱性和高效性的集成空气净化方法。 该方法集成了可再生吸附技术、低温等离子体技术和催化技术。首先，采用可再生吸附 装置对大风量的、低浓度的有害气体进行浓縮、富集，然后对吸附材料进行再生，释放出高 浓度的、小风量的气态污染物进入到低温等离子体反应器中，并通过催化剂床层，有害气体 被分解、矿化，有害的微生物、细菌被杀灭，得到洁净空气。本发明能够处理大风量的气体， 并能同时有效地、无选择的降解各种气态污染物，以及灭菌消毒，是一种高效、广谱的集成 式空气净化方法。
本发明的特征在于所述空气净化方法是由吸附浓缩、低温等离子催化剂耦合净化和尾气 吸收组成。首先，釆用再生吸附装置对50 1000mS/h风量的、lppm 100ppm低浓度的有害气 体进行浓縮、富集，得到的洁净空气可以直接排放，然后对吸附床层进行原位电加热再生， 释放出10ppm 2000ppm浓度的、2.5 50mS/h风量的气态污染物进入到低温等离子体反应器中， 并通过催化剂床层，有害气体被分解、矿化，有害的微生物、细菌被杀灭，尾气中的副产物 被吸收，得到洁净空气。
所述可再生吸附的特征在于采用的再生方法为电加热脱附，在活性炭床层上加上2V至 380V的电压，利用活性炭自身电阻产生热，使其吸附的有机物脱附，脱附温度5(TC至450 'C，脱附介质为空气，以及水蒸汽。吸附床层中装填有活性炭，浸渍了其他组分的活性炭，.或多种活性炭的组合。
所述低温等离子体的特征在于采用的放电方式为高频高压电源作用下的介质阻挡放电； 频率范围在lKHz 100KHz之间，高压在1KV 10KV之间，放电功率在20W 1000W之间； 阻挡介质为石英玻璃、陶瓷或云母，阻挡方式为单介质阻挡或双介质阻挡，反应器为管式反 应器或板式反应器，高压电极是锯齿形、星形、芒刺形、鱼骨形、线电极、管电极或针电极。 低压电极可以采用金属箔、金属网、金属管或镀的金属膜。
所述催化剂的特征在于催化材料的载体为氧化铝、分子筛、介孔分子筛、氧化硅、活性炭 或活性炭纤维，活性组分为Fe、 Co、 Ti、 Cu、 Mn、 Pt、 Pd、 Au、 Rh或Ag中任意一种两种 或三种的相应的金属或者氧化物，制备方法为等体积浸渍、阳离子交换法、改进的沉积沉淀 法、化学气相沉积法或直流磁电管溅射法。等离子体技术和催化技术的耦合方式为催化剂被 装填在等离子体内的放电区、余辉区以及等离子体反应器外，同时可以装填一种、两种或三 种催化剂。
本发明所述空气净化方法具有如下特征
(1) 具有髙效性， 一次性对气态污染物的降解率在90%以上；
(2) 具有生物防护功能，对细菌、微生物的灭活率在95%以上；
(3) 具有广谱性，对各种己知、未知气态污染物都具有一定的降解能力；
(4) 没有二次污染，矿化率可以高达85%以上；
(5) 处理能力大，即使是对于较大风量的气态污染物也能够进行处理；
(6) 处理污染物浓度范围比较大，从ppm级到百分含量级，都可以进行处理；
(7) 长寿命。吸附材料可以通过不断地解吸脱附得到再生，因此具有较长的使用寿命， 而催化剂由于有等离子体场供给的高能量，不易受环境的干扰，因此也具有长期的 稳定性。
(8) 适用范围宽，可以用在任何需要净化空气的场合。
具体实施例方式
在体积为2001113的评价箱中，连续通入含有50ppm的苯、100ppm的甲醛、100ppm的三 氯甲烷、100ppm的CO的污染空气，以200m3/h的风量进入到可再生吸附塔。吸附塔装填有 Fe/SBA-15，Ag/介孔Ti02,中孔活性炭。经过10小时吸附后，用20m3/h风量的150'C热空气 反向吹扫3小时，进行气态污染物的解吸。解吸得到的含有较高浓度污染物的气体进入到低 温等离子体反应器中。电源放电电压为10 000V，频率为120KHz，功率为IOOOW。采用管式.
介质阻挡放电，单介质阻挡，介质为陶瓷管，高压电极为管电极，低压电极为金属管。采用 改进沉积沉淀法制备的Au/Al203催化剂和采用离子交换法制备的Ag/ZSM-5被装填在管式等 离子体反应器的放电区。
适时检测可再生吸附装置出口气体浓度，苯、甲醛、三氯甲烷的浓度都在(K10ppm之间， CO浓度在0 30ppm之间，气体风量为200mVh。等离子体和催化床层的出口污染物的浓度， 苯、甲醛、三氯甲垸的浓度都在0~20ppm之间，CO浓度在0 8ppm之间，气体风量为20m3/h。
权利要求
1. 一种集成空气净化方法，其特征是所述空气净化方法是由吸附浓缩、低温等离子催化剂耦合净化和尾气吸收组成；首先采用再生吸附装置对50～1000m3/h风量的、1ppm～100ppm低浓度的有害气体进行浓缩、富集，得到的洁净空气可以直接排放，然后对吸附床层进行原位电加热再生，释放出10ppm～2000ppm浓度的、2.5～50m3/h风量的气态污染物进入到低温等离子体反应器中，并通过催化剂床层，有害气体被分解、矿化，有害的微生物、细菌被杀灭，尾气中的副产物被吸收，得到洁净空气。
2. 根据权利要求1所述的空气净化方法，其特征在于吸附浓縮采用的再生 方法为变电加热脱附，在活性炭床层上加上2V至380V的电压，利用活性炭自 身电阻产生热，使其吸附的有机物脱附，脱附温度5(TC至45(TC,脱附介质为空 气，以及水蒸汽；吸附床层中装填有活性炭，浸渍活性炭，或多种的活性炭的组合。
3. 根据权利要求1所述的空气净化方法，其特征在于低温等离子体所采用 的放电方式为高频高压电源作用下的介质阻挡放电；频率范围在lKHz 100KHz 之间，高压在1KV 10KV之间，放电功率在20W 1000W之间；阻挡介质为 石英玻璃、陶瓷或云母，阻挡方式为单介质阻挡或双介质阻挡，反应器为管式反 应器或板式反应器，高压电极是锯齿形、星形、芒刺形、鱼骨形、线电极、管电 极或针电极。低压电极可以采用金属箔、金属网、金属管或镀的金属膜。
4.根据权利要求1所述的空气净化方法，其特征在于催化剂的载体为氧化铝、 分子筛、介孔分子筛、氧化硅、活性炭或活性炭纤维，活性组分为Fe、 Co、 Ti、 Cu、 Mn、 Pt、 Pd、 Au、 Rh或Ag中任意一种两种或三种的相应的金属或者氧化 物，制备方法为等体积浸渍、阳离子交换法、改进的沉积沉淀法、化学气相沉积 法或直流磁电管溅射法。等离子体技术和催化技术的耦合方式为催化剂被装填在 等离子体内的放电区、余辉区以及等离子体反应器外，同时可以装填一种、两种 或三种催化剂。
全文摘要
本发明提出了一种具有广谱性和高效性的集成空气净化方法。该方法是由吸附再生、低温等离子催化剂耦合净化和尾气吸收组成。首先，采用再生吸附装置对50～1000m³/h风量的、1ppm～100ppm低浓度的有害气体进行浓缩、富集，得到的洁净空气可以直接排放，然后对吸附床层进行电加热原位再生，释放出10ppm～2000ppm浓度的、2.5～50m³/h风量的气态污染物进入到低温等离子体反应器中，并通过催化剂床层，有害气体被分解、矿化，有害的微生物、细菌被杀灭，尾气中的副产物被吸收，得到洁净空气。
文档编号A61L9/014GK101204589SQ200610167759
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者史喜成, 张忠良, 王东辉, 白书培 申请人:中国人民解放军63971部队