一种室内空气污染物协同净化设备及使用方法

本发明涉及大气污染防治装备，尤其涉及一种室内空气污染物协同净化设备及使用方法。

背景技术：

1、城市居民每天在室内工作、学习和生活的时间占全天时间的70-90％左右。如何有效改善室内空气质量、维护人类健康、实现室内大气污染协同高效治理，是全球环境卫生面临的共同难题。

2、室内空气污染主要来源于两方面，一方面是交通废气、扬尘、光化学污染等室外大气污染源，另一方面是装修、厨炊、燃煤取暖、人体代谢等产生室内大气污染源。与室外大气污染相比，室内大气污染物种类众多，成分更加复杂。扬尘主要成分pm2.5除直接影响肺部通气功能和眼结膜外，还可能携带大量致病菌和过敏原，严重威胁人体健康。装修、厨炊、燃煤取暖产生的挥发性有机物具有毒性、刺激性和致癌性，高浓度富集将严重损害人体健康，诱发白血病、鼻咽癌、肝/肺癌等重疾。臭氧近年来已代替pm2.5成为首要空气污染物，除直接导致人体神经、呼吸和心血管疾病外，还将老化室内电子设备和橡胶件等，造成经济损失。综上，室内空气质量已成为影响人体健康的最关键因素之一，如何在室温条件下高效、协同控制复合大气污染物的传播、扩散是室内空气净化亟需解决的关键难题。

3、针对室内空气污染物类别，现有室内空气污染物处理方法主要有物理吸附法和催化氧化法。

4、物理吸附法主要利用活性炭、滤网等材料对空气中的污染物物理去除。郭明池等(公开号cn201949916u)公开了一种复合空气净化设备，采用活性炭材料吸附nh3、vocs等气体后，再通过静电除尘组件进一步除去尘埃以及活性炭吸附层无法吸附的no2等气体。沈华明等(公开号cn218645714u)公开了一种可吸附颗粒物的空气净化设备，采用滤网过滤吸附空气中的灰尘颗粒，并在过滤后通过转盘刮板上的滚珠刮掉滤网上灰尘颗粒物。上述两种设备均通过物理吸附方法实现污染物的有效去除，对tvoc、甲醛等污染物的去除率可达90％以上。然而，上述物理吸附法仅将气态污染物进行层相转移和富集，而且材料在使用一段时间后会达到饱和状态，需定期更换吸附材料，大幅度增加了使用和维护成本。

5、催化氧化法可通过催化剂大量生成·oh、臭氧等活性氧，通过断键、开环等化学反应，将气态污染物彻底矿化为h2o、co2等绿色小分子，从而达到空气净化的目的。催化氧化法按催化剂种类可分为贵金属催化剂、过渡金属催化剂。郭金昌等(公开号cn107961675a)公开了一种空气净化设备，通过红外光照射无钠玻璃附着的贵金属负载二氧化钛催化剂，发生光催化反应，产出氧化能力极强的活性氧，迅速净化室内空气，对甲醛的降解率可达92％以上。然而，贵金属成本高，设备不适宜批量生产，且该设备未对残余臭氧加以处理，易造成二次污染。谢建平等(公开号cn215571061u)公开了一种新型空气净化设备，可通过臭氧催化和紫外协同作用，快速分解空气中的气态污染物，干燥条件下对有机污染物降解效果可达85％以上。同时，该设备使用锰基催化剂分解残余臭氧。然而，锰基催化剂在高湿度条件下易失活，在相对湿度为40％-80％条件下的臭氧转化率仅为24.7％。因此，在高效降解气态污染物的同时，如何经济、绿色控制残余氧化剂浓度是室内空气处理需解决的难点之一。

6、综上所述，物理吸附法仅将气态污染物进行层相转移，没有彻底去除，且吸附饱和后需定期更换吸附剂，增加使用成本。催化氧化法可有效去除细菌、挥发性有机颗粒物等有害组分，但现有设备无法有效消解残余臭氧，易造成二次污染。

技术实现思路

1、本发明提供一种室内空气污染物协同净化设备及使用方法，以克服上述技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种室内空气污染物协同净化设备，包括设备框体、中央控制系统以及设置在设备框体内部的第一设备处理单元、第二设备处理单元以及第三设备处理单元，且所述设备框体的内壁设有消音层；

4、所述设备框体设有进风口与出风口，所述第一设备处理单元、第二设备处理单元以及第三设备处理单元通过主管路依次连接；且所述主管路的两端分别贯穿所述设备框体的进风口与出风口；所述中央控制系统分别与显示单元、所述第一设备处理单元、第二设备处理单元以及第三设备处理单元相连接；

5、所述第一设备处理单元用于对通过所述进风口获取的室内空气中的粉尘颗粒进行过滤处理；

6、所述第二设备处理单元包括气态有机物消解模块与氧化剂消解模块，所述气态有机物消解模块用于对空气中的挥发性有机物进行降解；所述氧化剂消解模块用于对空气中氧化性气体进行分解；

7、所述第三设备处理单元用于处理所述主管路中气体的残留污染物；与对所述主管路中气体进行湿度调节；

8、所述显示单元用于显示所述中央控制系统获取的气体信息，所述气体信息包括气体成分、气体成分的浓度、气体湿度以及气体温度。

9、进一步的，所述第一设备处理单元包括进风网格、风机、第一控制器、第二控制器、气体流量计以及过滤模块；

10、所述过滤模块包括初滤网与高筛滤网；所述初滤网由pet、金属丝网、尼龙网中的一种或多种材质组合而成；所述高筛滤网采用聚丙烯材料；

11、所述进风网格、风机、气体流量计以及过滤模块依次连接在主管路上；且所述第一控制器的输出端与所述风机电连接，所述第一控制器的输入端与所述中央控制系统电连接；

12、所述第二控制器的输出端与所述气体流量计电连接，所述第二控制器的输入端与所述中央控制系统电连接。

13、进一步的，所述第二设备处理单元包括第一在线监测系统、气态有机物消解模块、第一氧化剂消解模块、第二氧化剂消解模块以及第三控制器；

14、所述第二设备处理单元内的主管路上设置有第三电磁阀、第一在线监测系统以及第二在线监测系统，所述主管路的两侧对称设有第一分支管路与第二分支管路；且所述第一分支管路与第二分支管路的输入端连接在第三电磁阀与第一在线监测系统之间的主管路上；所述第一分支管路与第二分支管路的输出端连接在第三电磁阀与第二在线监测系统之间的主管路上；

15、所述第一分支管路上依次设有第一电磁阀、气态有机物消解模块、第一氧化剂消解模块以及第四电磁阀；所述第二分支管路上依次设有第二电磁阀、第二氧化剂消解模块以及第五电磁阀；

16、所述中央控制系统分别与第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第一在线监测系统以及第二在线监测系统电连接，所述第三控制器的输入端与中央控制系统电连接，所述第三控制器的输出端与气态有机物消解模块连接。

17、进一步的，所述第三设备处理单元包括依次连接在主管路上的第七电磁阀、吸附模块第三在线监测系统、湿度调节仪以及第四控制器；

18、所述第七电磁阀与第二在线监测系统之间的主管路上设有第三分支管路，所述第三分支管路依次设有第六电磁阀、第三氧化剂消解模块以及第八电磁阀，且所述第三分支管路的输出端与所述吸附模块连接；

19、所述中央控制系统分别与第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀以及第三在线监测系统电连接；所述第四控制器的输入端与中央控制系统电连接，所述第四控制器的输出端与湿度调节仪连接。

20、进一步的，所述气态有机物消解模块设有活性自由基等离子发生器与消解催化组件，所述消解催化组件设有用于挥发性有机物的降解的气态有机物消解催化剂。

21、进一步的，所述气态有机物消解催化剂的制备方法具体为：制备分子筛基体：将偏铝酸钠和氢氧化钠溶解后加入聚乙烯吡咯烷酮混合搅拌至溶液澄清；滴加正硅酸乙酯加热搅拌后，加入四丙基氢氧化铵，经热解、离心、洗涤、干燥、煅烧后获得分子筛基体；

22、活性组分负载：将金属盐溶液加热至80-120℃，放入所述分子筛基体搅拌2-4h，通过离心回收固体，经洗涤、干燥、煅烧后得到活性分子筛前驱体；

23、将活性金属盐溶解于去离子水中，配置成浸渍液；向浸渍液中加入活性分子筛前驱体进行浸渍处理，过滤后经干燥、焙烧、研磨，得到负载型分子筛粉末；

24、所述活性金属盐包括硝酸钼、硫酸钼、氯化钼、硝酸钡、硫酸钡、氯化钡中的一种或多种；

25、疏水处理：将正硅酸乙酯、硅烷偶联剂溶于乙醇中，搅拌，调节ph值至2～4，搅拌后加入所述负载型分子筛粉末，搅拌后调节ph值至9～11，继续搅拌，然后静置形成凝胶，将凝胶密封后进行老化处理得到老化凝胶；将所述老化凝胶，依次使用正己烷、三甲基氯硅烷、正己烷浸泡12～24小时，置换出老化凝胶中的乙醇，然后干燥处理获取预处理的分子筛基体；

26、催化降解组分成型：将负载有活性金属的分子筛基体、硅溶胶、有机造孔剂、去离子水按1:0.01～0.1：0.05～0.20：5～80的质量比混合成涂覆液，将涂覆液涂覆至预处理后的分子筛基体上形成气态有机物消解催化剂；

27、所述有机造孔剂包括甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、尿素、碳粉中的一种或多种。

28、进一步的，所述氧化剂消解模块包括脱水组件与氧化催化组件，所述氧化催化组件设有氧化性自由基分解催化剂。

29、进一步的，所述氧化性自由基分解催化剂的制备方法，具体为：

30、金属框架材料前驱体制备：选择过渡金属盐溶液和具有高解离平衡常数的稳定配体采用水热合成法制备金属框架前驱体；所述过渡金属盐包括硝酸铁、硝酸钴以及硝酸镍的任意一种或多种组合；

31、所述稳定配体包括均苯三甲酸、二羟基对苯二甲酸、环己烷二羧酸以及苯并咪唑五羧酸的任意一种或多种组合；将金属盐与配体按照摩尔比为1:(0.2-5.0)的比例混合得到溶液a，加入包括水、乙醇、甲醇以及二甲基甲酰胺一种或多种的溶剂b，且所述混合物a与溶剂b的质量比为1:(3-8)；在50-130℃温条件下晶化10-24h，过渡回收固体产物经水洗与干燥后，在350℃条件下煅烧1-3h，得到粉末状金属框架材料前驱体；

32、活性组分负载：将金属有机框架材料前驱体、活性金属盐前驱体以及水溶液以质量比1:(0.5-2):(3-10)进行混合，滴入沉淀剂、高锰酸钾溶液陈化2-12h；陈化后将混合液过滤、洗涤、干燥以及煅烧处理，获得活性金属框架材料前驱体；

33、所述活性金属框架材料前驱体包含铁、锌以及锆氧化物中的一种或几种混合物，所述沉淀剂包含氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠和碳酸氢钾中的一种或几种混合物；所述沉淀剂的加入量为活性金属前驱体摩尔数之和的2-4倍；

34、疏水处理：将硅烷化试剂溶于乙醇中，搅拌，调节ph值至1～3。搅拌后加入活性金属有机框架材料前驱体，调节ph值至9～11，搅拌后静置形成凝胶；将所述凝胶老化依次使用正己烷、三甲基氯硅烷、正己烷浸泡12～24小时，置换出老化凝胶中的乙醇，然后干燥处理，得到用于氧化性气体分解的催化剂；

35、所述硅烷化试剂包括n,o-双三甲基硅烷基乙酰胺、二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基硅烷基二乙胺中的一种或几种混合物。

36、催化降解组分成型：将去离子水、粘结剂、经疏水处理的活性金属有机框架催化材料按照1:0.002～0.01：0.1～0.3的质量比混合成涂覆液，将涂覆液涂覆至蜂窝陶瓷、蜂窝金属载体上形成氧化性自由基分解催化剂；

37、所述粘结剂包括硅溶胶、铝溶胶、聚氨酯乳液、丙烯酸树脂乳液、有机聚硅氧烷乳液、有机硅氧烷-丙烯酸脂乳液以及聚二甲基硅氧烷乳液中的一种或几种；所述粘结剂的加入量为所述催化剂活性组分浆料中固体物质重量的5-40％。

38、一种室内空气污染物协同净化设备的使用方法，包括以下步骤：

39、步骤s1：通过中央控制系统启动第一控制器打开风机，将待处理气体通过进风网格输送至过滤模块进行气体过滤，所述中央控制系统通过第二控制器控制气体流量计进行气体流量调节；

40、通过第一在线监测系统检测所述过滤模块过滤后的气体成分与浓度；所述气体成分包括挥发性有机物、臭氧、pm2.5以及细菌，并将检测结果实时反馈至中央控制系统；

41、步骤s2：将所述第一在线监测系统检测的挥发性有机物浓度与预设挥发性有机物浓度阈值进行比较；

42、若所述检测的挥发性有机物浓度大于预设挥发性有机物浓度阈值，则执行步骤s3；

43、若所述检测的挥发性有机物浓度小于等于预设挥发性有机物浓度阈值，则将检测到的臭氧浓度与预设臭氧浓度阈值进行比较；

44、若所述检测到的臭氧浓度大于预设臭氧浓度阈值，则执行步骤s4；

45、若所述检测到的臭氧浓度小于等于预设臭氧浓度阈值，则执行步骤s5；

46、步骤s3：所述中央控制系统控制第一电磁阀与第四电磁阀打开，将所述过滤模块过滤后的气体输送至第一分支管路的气态有机物消解模块，通过第三控制器打开活性自由基等离子发生器将气体电离离解成活性氧基团，并破坏气体中微生物或病毒表面蛋白质结构；通过催化组件将气体中的挥发性有机物转化为co2分子与h2o分子；

47、将催化组件处理后的气体输送至第一氧化剂消解模块，通过氧化性自由基分解催化剂将所述活性氧基团还原为o2分子与n2分子，将所述第一氧化剂消解模块处理后的气体汇入主管路；

48、步骤s4：所述中央控制系统控制第二电磁阀与第五电磁阀打开，将所述过滤模块过滤后的气体输送至第二分支管路的第二氧化剂消解模块，通过第二氧化剂消解模块的脱水组件去除气体中的水蒸气，再通过氧化性自由基分解催化剂将臭氧分子还原为o2分子，随后汇入主管路；

49、步骤s5：所述通过中央控制系统控制第三电磁阀打开，将待处理气体沿主管路输送第三处理单元；

50、步骤s6:通过第二在线监测系统检测步骤s3或步骤s4或步骤s5输出的气体中氧化性气体浓度，并将检测结果实时反馈给中央控制系统；将所述第二在线监测系统检测的氧化性气体浓度与预设氧化性气体浓度阈值进行比较；

51、若检测的氧化性气体浓度大于预设氧化性气体浓度阈值，则通过中央控制系统控制第六电磁阀开启，并将气体输送至第三分支管路的第三氧化剂消解模块；通过第三氧化剂消解模块催化降解反应去除第三分支管路中的残余氧化性气体，再通过中央控制系统控制开启第八电磁阀将气体输送至吸附模块；否则执行步骤s7；

52、步骤s7：通过中央控制系统控制第七电磁阀打开，将气体直接输送至吸附模块；

53、步骤s8：通过第三在线监测系统检测经吸附模块吸附处理后的气体相对湿度，并将检测结果实时反馈给中央控制系统；所述中央控制系统根据气体相对湿度通过第四控制器开启湿度调节仪，将出气口相对湿度调节为预设相对湿度阈值，通过主管路的出风口将经过湿度调节仪调节的气体排出。

54、有益效果：本发明公开了一种室内空气污染物协同净化设备及使用方法，采用模块化集成模式，通过新型催化材料高效、协同降解微生物、细颗粒物、挥发性有机污物等气态小分子污染物，并能够通过新型分解催化剂有效消解残余氧化性气体，不造成二次污染。此外，上述设备各模块可根据使用需求单独更换，在提高处理效率的同时节约运行成本。设备模块启动数量和运行模式可通过中央控制系统根据原位检测器测量结果实时在线精准控制，满足不同污染源处理需求。本发明可有效提高室内空气质量、遏制病毒和有害大气污染物传播、维护人类健康，具有重要的经济、社会价值。