光触媒蜂窝组件及光触媒净化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光触媒蜂窝组件及光触媒净化装置，更具体来说，本发明涉及一种利用光触媒的原理对空气进行净化的光触媒净化装置及其中所具有的光触媒蜂窝组件。
【背景技术】
[0002]光触媒是一种在光的照射下，自身不发生变化，但却能促进化学反应的物质。光触媒在光的照射下，可使材料表面所吸附的氧和水分活性化，产生具有氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，发生氧化反应，以使有机物、细菌、病毒等彻底分解为二氧化碳和水。
[0003]光触媒空气净化技术是当前国际上治理环境污染的理想技术。其中，光触媒净化效果优异与否的关键便在于能否更大程度地提高污染空气与光触媒的接触面积以及能否更大程度地保证光触媒表面得到足够的光照射。另外，上述光触媒不仅可以是通过照射紫外光而发生激发的光触媒，也可以是通过照射其它的光(例如可见光)而发生激发的光触媒。
[0004]另外，现有的光触媒净化装置按结构主要可分为单流道式、单流道型拓展表面式、蜂窝流道叠加式以及拓展光源式这几种类型。以下，将分别对每种类型的装置进行简单说明。
[0005](1)单流道式
[0006]单流道式结构是典型的光触媒装置结构。在单流道式的光触媒装置中，仅包含一个流道，流道壁面涂有光触媒涂层，而在流道中心布置紫外线灯，通过激发光触媒来实现光催化氧化反应过程。
[0007]上海理工大学的金宁等人将初级过滤、高效过滤、活性炭过滤及光触媒催化过滤集成为一个装置进行了研究。这种集成装置1A的结构如图1所示。空气由圆柱筒10A的侧壁10A1进入，在设于内部的风机20A的作用下，空气会先后经过多层过滤网(初效过滤网30A、HEPA高效过滤网40A、活性炭过滤网50A)，到达内层的附着有Ti02(光触媒)的滤网60A上。由于在集成装置1A的圆柱筒10A的中心布置有紫外线双灯管70A，因此，光触媒处于激发状态，污染气体在经过光触媒时会发生氧化还原反应，由此利用多重过滤整体上实现空气净化的过程。
[0008]但是，如图1所示，单流道式的缺点在于污染空气与光触媒(Ti02)接触的面积小，因此，其发生反应的反应面积也较小。
[0009](2)单流道型拓展表面式
[0010]如上所述，由于单流道式的光触媒装置的反应面积较小，因此，为了提高污染空气与光触媒的反应面积，提出了单流道型拓展表面式结构其中，上述单流道型拓展表面式结构是在单流道式结构的基础上，采用了其它形式的载体，以取代单纯的流道壁面来作为光触媒的附着表面。这种方式增加了光触媒的表面积，由此能够提高装置的反应效率。
[0011]闫其年等人对导流回旋风道形式的光触媒装置进行了研究。这种导流回旋风道形式的光触媒装置1B的结构如图2所示。相对于单流道式的光触媒装置，这种导流回旋风道形式的光触媒装置IB采用隔板(未图示)，形成螺旋流道20B。Ti02涂层(光触媒涂层)除了喷涂在管道壁11B上之外，还喷涂附着在隔板上，由此来提高反应面积。四支(在此仅示出了两支)不同辐射波长的紫外灯管31A、32A布置于装置中央轴线方向，由此来形成谐振光源，以使光触媒处于高强度激发状态。在图2所示的导流回旋风道形式的光触媒装置1B中，由于流道长度与涂层面积均有较大程度地拓展，因此，这两个因素也成为反应效率提尚的关键。
[0012]此外，赵刚为铁路客车设计了丝网式的光触媒装置，其结构如图3所示。这种丝网式的光触媒装置1C安装于回风管路(未图示)上，呈扁平的抽屉式结构。流道的出口与入口距离较小，且两个端面各布置有一层金属丝网结构。Ti02涂层(光触媒涂层)附着于丝网上，受到流道中间布置的两支紫外灯管10C照射后达到激发状态。由于此装置特殊的外形要求，使得其涂层布置于垂直流道方向，又考虑到不可阻塞流道，因此采用了丝网结构。但是丝网结构对面积拓展有限，并非理想载体形式，导致装置的单次通过反应效率较低。因此，图3所示的这种丝网式的光触媒装置1C的结构仅适用于可重复回风且污染气体浓度较低的情况。
[0013]另外，单兴刚等人进行了光催化的实验研究。该研究采用的实验装置为玻璃管套筒的结构形式，在内层的石英管中安装紫外灯管，在外层的玻璃管套筒中填充小玻璃珠颗粒。将Ti02(光触媒)以涂层形式喷涂附着在小玻璃珠上，而形成为填充床的形式，由此能大幅拓展反应面积。
[0014]但是，上述三种情形的单流道型拓展表面式的光触媒装置均存在如下缺点:在流道中流动的空气会受到较大的流阻，在对流阻较为敏感的通风系统领域，如交通工具的通风系统中，很可能不满足流阻要求。
[0015](3)蜂窝流道叠加式
[0016]蜂窝流道结构与拓展表面式结构同样，都是为了增大反应表面而提出的。但是，由于蜂窝流道较为密集，无法在每个流道内部布置紫外光源，因此，只能在通道的入口与出口位置放置紫外灯管。另外，考虑到光线的照射范围的局限性，流道又不可设置得过长，由此，也就出现了较短的蜂窝流道结构与紫外灯叠加的所谓蜂窝流道叠加式的结构。
[0017]北航王浚课题组为旅客机座舱设计的光触媒装置1D就属于这种蜂窝流道叠加式的结构，其结构如图4所示。采用蜂窝流道的目的，是考虑到与填充床以及图3所示的金属网等形式的结构相比，蜂窝流道式结构的流阻要低得多。另外，将Ti02涂层(光触媒涂层)30D喷涂附着在每个蜂窝流道10D的壁面位置，利用多组紫外灯20D与多个蜂窝流道10D的叠加结构，能使大部分蜂窝通道10D中的紫外线光照条件良好，由此能实现较大的反应效率。
[0018]另外，鹿院卫等人同样研究了这种蜂窝流道叠加式结构。所采用的蜂窝流道层板尺寸为300mmX 300mm，厚度为6mm，蜂窝孔密度为250X250单元/m2。经过计算验证，研究提出蜂窝通道最佳纵横比为1.5，这个结构比例下，可保证光强得到充分利用。此外，谷昌军等人也对这种结构进行了研究。与鹿院卫等人不同的是，谷昌军等人采用了陶瓷网取代了金属网，同样也取得了较好的实验效果。
[0019]但是，上述三种情形的蜂窝流道叠加式的光触媒装置也同样存在如下缺点:在流道中流动的空气会受到较大的流阻，在对流阻较为敏感的通风系统领域，如交通工具的通风系统中，很可能不满足流阻要求。
[0020](4)拓展光源式
[0021]除了上述较为常规的光触媒装置类型，还有些研究者另辟蹊径，通过对光路拓展的方式使得光强分布更加均匀，以此提高反应效率。
[0022]冯巧莲等人提出了采用光纤作为拓展光源的想法，其构想的光触媒装置1E如图5所示。光纤LF替代了风机BL的叶片，插在风机BL的轮毂Η上。而在光纤LF的表面，则覆盖有打02的涂层。轮毂中央布置有紫外灯管20Ε，分布于径向的光纤束可将紫外光源延展至涂层部位，激发光触媒发生光催化反应。但是，此想法并未通过实物实现，其实际效果如何有待验证。
[0023]叶剑人则提出了以Si02S光触媒的载体，其制成的光触媒装置1F如图6所示。实验时，需先制备Si02的三维骨架，其后将Ti02涂层附着于骨架上，并将骨架以填充床形式安置于装置内部。载体附近布置有紫外灯管。由于光源可通过Si02#展光路，因此这种形式的光触媒也属于光源拓展型，对反应效率的提高有很大帮助。
[0024]通过上述介绍可知，在以往仍然无法存在一种光触媒装置，既能最大程度地提高污染空气与光触媒的接触面积，又能最大程度地保证光触媒表面得到足够的光照射，同时，还能使在流道中流动的空气所受到的流阻同样满足对流阻要求较高的通风系统领域，例如飞机通风系统设计领域。因此，如何能够设计一种能够同时满足这些条件的光触媒装置便成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0025]本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种光触媒蜂窝组件及光触媒净化装置，使用这种光触媒蜂窝组件及光触媒净化装置，既能最大程度地提高污染空气与光触媒的接触面积，又能最大程度地保证光触媒表面得到足够的光照射，同时，还能使在流道中流动的空气所受到的流阻同样满足对流阻要求较高的通风系统领域。
[0026]为了实现上述发明目的，本发明的第一方面的第一技术方案提供一种光触媒蜂窝组件，其特征是，所述光触媒蜂窝组件包括光触媒蜂窝组件壳体和一个或多个光触媒蜂窝滤芯，所述光触媒蜂窝滤芯由三个以上的滤芯基本单元和设置在每三个两两相邻的所述滤芯基本单元间的端视呈Y字形的导光构件呈蜂窝式排布而构成，在三个两两相邻的所述滤芯基本单元中，第一个滤芯基本单元与第二个