專(zhuān)利名稱：一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，以及該反應(yīng)器的制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)有的空氣凈化技術(shù)主要目的是除煙塵、有機(jī)物，殺菌、消毒、除臭，根據(jù)工作原理可以分為過(guò)濾、吸收、活性炭吸附、高壓靜電和低溫等離子、紫外線、光觸媒等幾種，現(xiàn)有技術(shù)往往是上述一種或幾種技術(shù)手段的組合。采用過(guò)濾技術(shù)可以除掉一些中、粗顆粒，但是氣溶膠難以除去；采用吸收技術(shù)清除有機(jī)物，需要周期性的更換，而且在倒掉吸取液時(shí)會(huì)污染環(huán)境；活性炭吸附使用的最多，但是在吸附飽和后，需要更換活性炭，使用不方便；在使用活性炭催化劑時(shí)，因?yàn)镃和O3會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式為，使活性炭有消耗，而且會(huì)產(chǎn)生二次污染CO；采用低溫等離子和高壓靜電除塵時(shí)因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生O3，需要專(zhuān)門(mén)設(shè)催化反應(yīng)器來(lái)除掉O3，使結(jié)構(gòu)變的龐大，該種催化反應(yīng)器需要加熱才能達(dá)到工作要求，而且，該種催化反應(yīng)器對(duì)于低濃度大風(fēng)量的有機(jī)物的凈化效果也不好，耗能大、不經(jīng)濟(jì)；在采用紫外線和光觸媒的結(jié)合技術(shù)時(shí)，實(shí)際效果也不好，而且需要一定的水分子的存在，反應(yīng)不徹底，存在二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、耗能少，可以消除O3二次污染，可以處理含有可揮發(fā)性有機(jī)物含量低、大風(fēng)量的空氣，并且可以長(zhǎng)期使用、性能穩(wěn)定、維護(hù)保養(yǎng)方便的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，包括電暈放電高壓電源和一個(gè)以上的電暈放電器，所述的電暈放電器為管線式或板線式結(jié)構(gòu)，所述的電暈放電器之間采用并聯(lián)方式連接，在所述電暈放電器的正極內(nèi)側(cè)有一個(gè)催化劑襯網(wǎng)，所述催化劑襯網(wǎng)的形狀和尺寸與電暈放電器正極的形狀和尺寸相應(yīng)，所述催化劑襯網(wǎng)由不銹鋼絲網(wǎng)和包覆在不銹鋼絲網(wǎng)上的催化層組成，所述催化層由載體材料和活性成分組成，所述載體材料包括100重量份的γ-Al2O3，10～15重量份的CeO2，3～5重量份的La2O3，2重量份的ZrO2，所述活性成分由0.1～0.5重量份的Pd、Rh、Pt元素中的任何一種或兩種構(gòu)成。
作為優(yōu)選方案，管線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)可以為圓筒狀，所述的圓筒狀催化劑襯網(wǎng)的外徑略小于正極管的內(nèi)徑；板線線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)也可以為板狀，所述的板狀催化劑襯網(wǎng)的面積略小于正極板的面積。
作為優(yōu)選方案，所述催化劑襯網(wǎng)可以與電暈放電器的正極內(nèi)壁接觸。
作為優(yōu)選方案，還可以在管線式或者板線式電暈放電器的正極內(nèi)壁上有一個(gè)厚度為3～5μm的催化劑涂層，所述催化劑涂層含有Pd、Rh、Pt元素中的一種或兩種，正極板由如下工藝步驟制備①將剪裁合用的板材粗糙化；②除油后用水清洗，在草酸中腐蝕，然后陽(yáng)極氧化，清洗后干燥；③直接在正極板上涂刷Pd黑、Rh黑或Pt黑，或者在正極板上噴涂或涂刷濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2或者RhCl3溶液后，干燥，用氫氣還原，當(dāng)噴涂或涂刷的為Pd或Rh元素的溶液時(shí)，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當(dāng)噴涂或涂刷為的為Pt元素的溶液時(shí)，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時(shí)間均為2小時(shí)。
所述重量份是指克、千克、公斤、噸等。
電暈放電器的電暈線可以采用鉬絲或不銹鋼絲，正極可以采用鋁板或不銹鋼板。
本發(fā)明還提供了一種用于低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝，其催化劑的制備包括以下步驟①將不銹鋼絲網(wǎng)制成板狀或卷成筒并對(duì)卷筒接縫進(jìn)行焊接；②將步驟①所得的不銹鋼網(wǎng)在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽(yáng)極氧化，在不銹鋼絲上形成一層氧化膜；③取100重量份的γ-Al2O3加水潤(rùn)濕，攪勻，加入1重量份的HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑，再加入10～15重量份的CeO2粉體，3～5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，將由②步驟所得的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3～5分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時(shí)后，在溫度為500℃的條件下進(jìn)行一小時(shí)的燒結(jié)；④將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2、RhCl3中的一種或一種以上的化合物溶液中浸漬3～5分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時(shí)，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時(shí)，然后用氫氣還原，當(dāng)浸漬的金屬為Pd或Rh元素時(shí)，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當(dāng)浸漬的金屬為Pt元素時(shí)，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時(shí)間均為2小時(shí)。
本發(fā)明所采用的電源為直流電壓為7～10KV，脈沖電壓為7～20KV。
在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，可以采用管式爐連續(xù)進(jìn)出料，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
本發(fā)明采用的粘結(jié)劑可以為Al(NO3)3·9H2O。
本發(fā)明低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器工作原理為空氣進(jìn)入電暈放電器并從管線式電暈放電器的正極管內(nèi)或板線式電暈放電器的上下極板之間穿過(guò)正負(fù)極之間的電離場(chǎng)，電暈放電器通電后產(chǎn)生大量的高能電子，高能電子撞擊空氣中的可揮發(fā)性有機(jī)物，形成有機(jī)自由基和碎片，這些物質(zhì)具有高化學(xué)活性，同時(shí)高能電子也會(huì)撞擊空氣中的氧氣形成氧原子和臭氧分子，這些物質(zhì)具有較高的氧化能力，不銹鋼絲網(wǎng)上的催化劑吸附上述物質(zhì)，進(jìn)行催化反應(yīng)，將空氣中的有害的可揮發(fā)性有機(jī)物反應(yīng)成為無(wú)害的二氧化碳和水，將臭氧反應(yīng)成為氧氣；同時(shí)催化劑也可以吸附空氣中的氨氣，使之與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，從而將空氣中的有機(jī)揮發(fā)物和氨氣變成了無(wú)害的物質(zhì)，凈化了空氣，又不會(huì)產(chǎn)生臭氧等二次污染，其反應(yīng)方程式如下消除苯的反應(yīng)方程式，………①消除氨氣的反應(yīng)方程式………②消除臭氧的反應(yīng)方程式………③………④消除甲醛的反應(yīng)方程式………⑤通過(guò)①和⑤反應(yīng)空氣中的有機(jī)揮發(fā)物變成了無(wú)害的二氧化碳和水；通過(guò)②反應(yīng)空氣中的氨氣變成了無(wú)害的氮?dú)夂退?；通過(guò)③和④反應(yīng)使臭氧變成了氧氣，從而消除了二次污染。
本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明通過(guò)在電暈放電器的極板內(nèi)側(cè)放置催化劑內(nèi)襯的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，從而使發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊。
(2)本發(fā)明在發(fā)生低溫等離子的條件下，利用催化劑加速化學(xué)反應(yīng)，可以處理有機(jī)物含量低，大風(fēng)量的空氣。
(3)本發(fā)明的催化劑可以長(zhǎng)期使用，不需更經(jīng)常更換催化劑，維護(hù)保養(yǎng)方便。
(4)本發(fā)明的技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)不需要有空氣中水分的介入，因此空氣凈化效果不受空氣中水份含量的影響。
(5)本發(fā)明將在高能電子撞擊空氣產(chǎn)生的臭氧通過(guò)催化反應(yīng)變成了無(wú)害的氧氣，因此沒(méi)有臭氧的二次污染。


圖1為管線式電暈放電器示意圖；圖2為管線式電暈放電器組合示意圖；圖3為板線式電暈放電器示意圖；圖4為板線式電暈放電器組合示意圖；其中圖1為正極管，2為電暈線，3為催化劑涂層，4為催化劑網(wǎng)，5為電源，6為不銹鋼棒組成電暈極框。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，不能限制本發(fā)明。
實(shí)施例1取含Cr25％絲徑為0.3mm，網(wǎng)孔邊長(zhǎng)為1mm的不銹鋼絲網(wǎng)，將鋼網(wǎng)卷成筒并對(duì)接縫進(jìn)行焊接；在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽(yáng)極氧化，在絲上形成一層氧化膜；取100重量份的γ-Al2O3加水潤(rùn)濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑Al(NO3)3·9H2O，再加入10重量份的CeO2粉體，3重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，然后將氧化后的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時(shí)后進(jìn)行烘干，可以采用管式爐自動(dòng)連續(xù)進(jìn)出料，進(jìn)出爐燒結(jié)時(shí)間為一小時(shí)，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
將上述步驟所得的燒結(jié)有涂層的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCl6溶液中浸漬3分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時(shí)，然后在管式爐溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時(shí)，然后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為450℃，還原時(shí)間為2小時(shí)。
參照?qǐng)D1和圖2，催化劑網(wǎng)(4)放入鋁制的正極管(1)內(nèi)，催化劑卷筒(4)可以與正極管(1)內(nèi)壁接觸。所有的正極管(1)并聯(lián)擠緊，使正極管(1)外壁之間緊密接觸，并且裝在由塑料制成的架座上，將由鉬絲制成的電暈線(2)置于正極管(1)的中心線上，然后用不銹鋼棒(6)將所有的電暈線(2)并聯(lián)起來(lái)，電暈線(2)可以用彈簧調(diào)節(jié)擠緊，避免在工作狀態(tài)因溫度變化鋁管(1)伸長(zhǎng)將電暈線(2)拉斷，將已組裝好的并聯(lián)的電暈放電器與直流電壓為7～10KV、脈沖電壓為7～20KV的電源(5)串聯(lián)在一起。
本實(shí)施例所得的產(chǎn)品編號(hào)為1，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當(dāng)不銹鋼絲網(wǎng)上的金屬元素為Pd或Rh時(shí)，也可以起到同樣的效果。
實(shí)施例2參照?qǐng)D1和圖2，使用實(shí)施例1所述的方法制備產(chǎn)品時(shí)，可以對(duì)正極管的內(nèi)壁進(jìn)行處理，使正極管內(nèi)壁上附著一層化學(xué)成分為Pt元素的為催化劑，其工藝包括以下步驟(1)將鋁板粗糙化，可以用砂紙磨毛表面，然后除油，水清洗，在2％的草酸中腐蝕，然后陽(yáng)極氧化，清洗后干燥；(2)在步驟(1)所得的鋁板上噴涂濃度為10克/升的Pt元素的鹽溶液，干燥后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為480℃，還原時(shí)間為2小時(shí)。
也可以在鋁板上直接刷涂Pt黑，使Pt黑的厚度為5μm。
本實(shí)施例所得的產(chǎn)品編號(hào)為2，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當(dāng)正極管的內(nèi)壁的催化劑化學(xué)成分為Pd或Rh元素時(shí)，也可以起到同樣的效果。
實(shí)施例3取含Cr25％絲徑為0.3mm、網(wǎng)孔邊長(zhǎng)為1mm的不銹鋼絲網(wǎng)，將不銹鋼網(wǎng)制成板狀，在6％草酸中腐蝕，清水沖洗，陽(yáng)極氧化，在絲上形成一層氧化膜；取100重量份的γ-Al2O3加水潤(rùn)濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑Al(NO3)3·9H2O，再加入15重量份的CeO2粉體，5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，然后將氧化后的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，4分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時(shí)后進(jìn)行烘干，可以采用管式爐連續(xù)進(jìn)出料，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的RhCl3的溶液中浸漬4分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時(shí)，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時(shí)，再用氫氣還原兩小時(shí)，還原反應(yīng)的溫度為300℃。
參照?qǐng)D3和圖4，將制成板狀的催化劑網(wǎng)(4)放在不銹鋼制成的正極板(1)的內(nèi)側(cè)，板狀的催化劑網(wǎng)(4)可以與正極板(1)內(nèi)壁接觸。所有的正極板(1)并聯(lián)擠緊，并使正極板緊密接觸，然后裝在由塑料制成的架座上，將由不銹鋼絲制成的電暈線(2)置于正極板(1)之間，然后用不銹鋼棒(6)將所有的電暈線(2)并聯(lián)起來(lái)，電暈線(2)可以用彈簧調(diào)節(jié)擠緊，避免在工作狀態(tài)因溫度變化鋁管伸長(zhǎng)將電暈線(2)拉斷，將已組裝的并聯(lián)的電暈放電器與直流電壓為7～10KV、脈沖電壓為7～20KV的電源(5)串聯(lián)在一起。
本實(shí)施例所得的產(chǎn)品編號(hào)為3，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當(dāng)不銹鋼絲網(wǎng)上的催化劑活性成分為Pd或Pt元素時(shí)，可以起到同樣的效果。
實(shí)施例4參照?qǐng)D3和圖4，在使用實(shí)施例3所述的方法制備產(chǎn)品時(shí)，還可以對(duì)不銹鋼正極板的內(nèi)壁進(jìn)行處理，使正極板內(nèi)壁上附著一層化學(xué)成分為Pd元素的為催化劑，其工藝包括步驟(1)將不銹鋼板粗糙化，可以用砂紙磨毛表面，然后除油，水清洗，在5％草酸中腐蝕，然后陽(yáng)極氧化，清洗后干燥；(2)在步驟(1)所得的不銹鋼板上噴涂或刷涂噴涂濃度為10克/升的Pd元素的鹽溶液，干燥后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為300℃，還原時(shí)間為2小時(shí)。
也可以在鋁板上直接刷涂Pd黑，使Pd黑的厚度為3μm。
本實(shí)施例所得的產(chǎn)品編號(hào)為4，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當(dāng)正極管的內(nèi)壁的催化劑化學(xué)成分為Pt或Rh元素時(shí)，也可以起到同樣的效果。
表1.清除空氣中氨氣的凈化效果 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB50325-2001.6.0.4表2.清除空氣中甲醛的凈化效果 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB50325-2001.6.0.4表3.清除空氣中苯的凈化效果 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB50325-2001.6.0.4表4.工作狀態(tài)下臭氧的清除效果 使用碘量法，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參照CJ/T3028.2-94。
上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均是在30立方米標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)氣室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所測(cè)試得到。
權(quán)利要求
1.一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，包括電暈放電高壓電源和一個(gè)以上的電暈放電器，所述的電暈放電器為管線式或板線式結(jié)構(gòu)，所述的電暈放電器之間采用并聯(lián)方式連接，其特征在于，在所述電暈放電器的正極內(nèi)側(cè)有一個(gè)催化劑襯網(wǎng)，所述催化劑襯網(wǎng)的形狀和尺寸與電暈放電器正極的形狀和尺寸相應(yīng)，所述催化劑襯網(wǎng)由不銹鋼絲網(wǎng)和包覆在不銹鋼絲網(wǎng)上的催化層組成，所述催化層包括載體材料和活性成分，所述載體材料由100重量份的γ-Al2O3，10～15重量份的CeO2，3～5重量份的La2O3，2重量份的ZrO2組成，所述活性成分由0.1～0.5重量份的Pd、Rh、Pt元素中的任何一種或兩種組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，管線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)為圓筒狀，所述的圓筒狀催化劑襯網(wǎng)的外徑略小于正極管的內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，板線線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)為板狀，所述的板狀催化劑襯網(wǎng)的面積略小于正極板的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑襯網(wǎng)可以與電暈放電器的正極內(nèi)壁接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，在管線式或者板線式電暈放電器的正極內(nèi)壁上有一個(gè)厚度為3～5μm的催化劑層，所述催化劑層含有Pd、Rh、Pt元素中的一種或兩種，由如下工藝步驟制備①將剪裁合用的板材粗糙化；②除油后用水清洗，在草酸中腐蝕，然后陽(yáng)極氧化，清洗后干燥；③直接在正極板上涂刷Pd黑、Rh黑或Pt黑，或者在正極板上噴涂或涂刷濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2或者RhCl3溶液后，干燥，用氫氣還原，當(dāng)噴涂或涂刷的為Pd或Rh元素的溶液時(shí)，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當(dāng)噴涂或涂刷為的為Pt元素的溶液時(shí)，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時(shí)間均為2小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，電暈放電器的電暈線采用鉬絲或不銹鋼絲，正極板采用鋁板或不銹鋼板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝，其特征在于，所述催化劑襯網(wǎng)的制作包括以下步驟①將不銹鋼絲網(wǎng)制成板狀或卷成筒并對(duì)卷筒接縫進(jìn)行焊接；②將步驟①所得的不銹鋼網(wǎng)在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽(yáng)極氧化，在不銹鋼絲上形成一層氧化膜；③取100重量份的γ-Al2O3加水潤(rùn)濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑，再加入10～15重量份的CeO2粉體，3～5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，將由②步驟所得的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3～5分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時(shí)后，在溫度為500℃的條件下進(jìn)行一小時(shí)的燒結(jié)；④將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2、RhCl3中的一種或一種以上的化合物溶液中浸漬3～5分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時(shí)，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時(shí)，然后用氫氣還原，當(dāng)浸漬的金屬為Pd或Rh元素時(shí)，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃；當(dāng)浸漬的金屬為Pt元素時(shí)，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時(shí)間均為2小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝其特征在于，所述粘結(jié)劑為Al(NO3)3·9H2O。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器及其制備工藝，可以消除O
文檔編號(hào)B01D53/86GK1698937SQ20051006653
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者李毅民, 孫世玉 申請(qǐng)人:北京碧空催化劑有限公司