一種抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于空氣凈化技術領域，具體涉及一種抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置。
【背景技術】
[0002]目前，霧霾已越來越嚴重地影響人們特別是少年兒童的身體健康。霧霾對人體的危害主要是霧霾中的可吸入顆粒物和有毒氣體，這些有毒氣體包括:一氧化碳，各種碳氫化合物，氮氧化合物，二噁英，各種醛類化合物。為保障戶外運動人群的身體不受霧霾的侵害，人們發明了各種口罩配用的PM2.5霧霾過濾裝置，對抵抗霧霾的侵襲起到一定的作用。然而，這些PM2.5過濾器及霧霾防護口罩，僅僅關注了霧霾顆粒物對身體的危害，但對霧霾中有毒氣體及霧霾顆粒上吸附的有毒氣體沒有任何凈化作用，并且，隨著霧霾顆粒在過濾器上聚集，吸附在顆粒上的有毒氣體會因為口罩及過濾器被呼吸加熱會進行二次釋放，從而危害佩戴者健康，因此，在進行霧霾中細小顆粒過濾截留的同時，對吸入氣體中有害成分進行分解，對消除霧霾危害，保障人們健康出行，保障人民身體健康極其重要。
[0003]光催化是一種利用半導體的光電轉換效應分解有毒氣體的一種方法。利用具有光催化活性半導體納米材料，利用紫外光或者可見光，可以實現對氣體和水中的有毒化合物的分解。這些半導體材料主要是以二氧化鈦、氧化鋅等氧化物為代表的紫外光催化劑和以硫化銅、二硫化鉬為代表的非氧化物可見光催化劑等。近年來，人們利用這些光催化劑的光催化作用，制備自清潔口罩或者小型空氣凈化裝置。所謂自清潔，大部分人是將光催化劑直接放到纖維中或者是附著在纖維表面，在太陽光的作用下，光催化劑對有毒氣體進行分解。但是，霧霾發生的時段不會有陽光，所以，這種設計幾乎對霧霾天氣中對減少空氣中的有毒氣體不起作用。另外一類是裝備了紫外光源的空氣凈化裝置，由于常規的紫外光源體積大，不適合制備小型凈化裝置，隨著發光二極管技術的進步，紫外發光二極管的價格大幅度降低，人們開始利用發光二極管與光催化劑結合，制備光催化空氣凈化裝置。然而，一般情況下，空氣凈化裝置是將二氧化鈦為主的光催化劑結合在多孔材料或者纖維上，利用光源的照射作用，使氣體通過多孔材料時，與光催化劑產生的載流子發生反應，實現對有毒氣體的催化反應。然而，這種裝置有其固有的難以克服的缺點，其缺點之一，是由于載體材料對光的吸收和反射作用，只有最表面的一層氧化鈦才能實現光催化功能，大部分光催化劑無法完全實現光催化作用；其缺點之二是紫外光可能會泄露，影響佩戴人皮膚健康甚至誘發皮膚癌；其缺點之三是，光催化劑在霧霾過濾過程中，容易吸附有色顆粒，導致光不能有效到達半導體光催化劑，而使光催化氣體凈化裝置無法實現作用。另外，當光催化劑作用失效時，一些碳氫化合物和氮氧化合物在紫外光的照射下，會產生非常復雜的化學反應，形成更具毒性的復雜化合物，產生了許多副作用。因此，研制抗污染的光催化分解有毒氣體的空氣凈化裝置具有重要意義和迫切需求。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置。
[0005]本發明所述的抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置，包括凈化裝置容器I，與容器頂面和底面大小相對應的帶有均勻分布孔的上下蓋板2，容器內分布的光催化石英玻璃纖維3，位于上蓋板中央區域的紫外LED光源4，凈化裝置附帶的設置有開關的可充電電池6，以及連接紫外LED光源和可充電電池的導線5;其中所述上蓋板中央區域設置有適于放置紫外LED光源的槽孔，所述紫外LED光源與容器內的所有光催化石英玻璃纖維末端以封裝硅膠或光刻膠粘結并固定于所述上蓋板中央區域的槽孔中；
[0006]其特征在于:
[0007]所述凈化裝置容器由塑料、玻璃或者金屬制成，其形狀、大小及容量根據設計需求確定；
[0008]所述上下蓋板上的孔的直徑為0.5cm-2cm;
[0009]所述容器內的光催化石英玻璃纖維為石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料，其結構是在石英玻璃纖維表面均勻分布且垂直生長有二氧化鈦納米線陣列，其中，所述石英玻璃纖維的直徑為20-300微米，所述二氧化鈦納米線的直徑為100-200納米，其長度為
0.5-1.5微米；所述光催化石英玻璃纖維在容器內的分布量為所述容器體積量的20%-60%，優選 40%;
[0010]所述LED紫外光源的功率為0.2W-5W;
[0011]所述可充電電池為電容量為500-5000mAh的鋰離子電池。
[0012]上述抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置中:所述凈化裝置容器上下蓋板上的孔的直徑優選0.8cm_l.5cm。
[0013]上述抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置中，所述石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料優選由如下方法制得:
[0014](I)取6-30mL聚乙二醇與10_30mL水混合，攪拌形成透明溶液；
[0015](2)加入2mmol K2T1(C2O4)2,攪拌30_40min，將混合溶液倒入高壓反應釜中；
[0016](3)按石英玻璃纖維與K2T1(C2O4)2的質量比為100:3-100: 20的量，取直徑為20-300微米的石英玻璃纖維一束，將其一端扎緊后，扎緊端朝下浸入上述高壓反應釜中的混合溶液內；
[0017](4)將高壓反應釜放入電爐中，在100_230°C下水熱反應6_30h;
[0018](5)水熱反應完畢后自然冷卻，純凈水洗滌石英玻璃纖維束并將其在70±2°C下干燥12-15h，制得石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料。
[0019]其中:步驟(I)所述聚乙二醇優選為分子量是4000-6000的聚乙二醇。
[0020]上述抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置中:所述LED紫外光源的功率優選為3W-5W。
[0021]上述抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置中:所述可充電電池為電容量優選為3000-5000mAh的鋰離子電池。
[0022]本發明所述抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置對有毒氣體實現降解的原理是，將紫外LED燈發出的紫外光導入石英玻璃纖維，由于石英纖維的折射率高于空氣折射率，光被限制在石英玻璃纖維中。由于本發明所述的光催化石英玻璃纖維為石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料，其結構是在石英玻璃纖維表面均勻分布且垂直生長有二氧化鈦納米線陣列，因此利用二氧化鈦的高折射率，實現將紫外光從石英玻璃纖維向二氧化鈦的傳播，從而實現紫外光催化，進而實現對霧霾中有毒氣體的有效降解。
[0023]本發明提出利用紫外LED燈為光源，利用石英玻璃纖維的光波導性質將紫外光通過玻璃纖維導入纖維表面垂直生長的二氧化鈦納米線陣列，從而實現內通光光催化。因為是內通光光催化，光的傳播過程不受催化劑污染的影響，因此，可以實現高效長壽命的光催化有毒氣體分解和空氣凈化。同時本裝置配備了可充電電池，可以實現便攜且應用范圍靈活的長時間工作。
[0024]本發明公開的抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置具有結構簡單，組裝方便，可以制備不同功率和不同尺寸的過濾器件，適于在口罩、防毒面具、車載和家用空氣凈化裝置制備中使用，具有廣闊的應用前景。本發明裝置中涉及的石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料制備過程簡單，成本低，適于工業化生產，完全能夠保證需求。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明實施例1制得石英纖維-二氧化鈦納米線復合光催化纖維的掃描電鏡圖(SEM)，其中:b、c圖為局部放大圖。
[0026]圖2本發明實施例1光催化空氣凈化裝置示意圖。
[0027]其中:1.凈化裝置容器，2.有孔的上下蓋板，3.光催化石英玻璃纖維，4.紫外LED燈，5.導線，6.可充電電池。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例及說明書附圖對本發明的技術方案做進一步說明，但本發明所保護范圍不僅限于此。
[0029]實施例1:
[0030]光催化石英玻璃纖維即石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料制備[0031 ]①取30mL分子量為6000的聚乙二醇與30mL水混合，攪拌形成透明溶液；
[0032]②加入2mmol K2T1(C2O4)2,攪拌30min，將混合溶液倒入10mL高壓反應釜中；
[0033]③按石英玻璃纖維與K2T1(C2O4)2的質量比為100:20的量，取直徑為100微米的石英玻璃纖維，剪成長度5厘米的纖維段，將石英玻璃纖維束在一端扎緊后，扎緊端朝下浸入上述高壓反應釜中的混合溶液內；
[0034]④將高壓釜放入電阻爐中，100度水熱反應30h;
[0035]⑤水熱反應完畢后自然冷卻，純凈水洗滌石英玻璃纖維束5-6遍并將其在70°C下干燥12h，制得石英玻璃纖維-二氧化鈦納米線復合材料。
[0036]檢測制得的石英纖維-二氧化鈦納米線復合材料的顯微結構如附圖1所示。顯示石英玻璃纖維表面的二氧化鈦納米線的直徑為100納米，長度為1.5微米，均勻分布在石英纖維表面。
[0037]抗污染的光催化分解有毒氣體的小型空氣凈化裝置制備
[0038]⑥將功率為0.2W的LED紫外光燈與光催化石英玻璃纖維束的捆扎端用光刻膠粘結，寬扎石英纖維的其它部分均勻鋪展后充滿金屬材質的底板打孔的反應器中。
[0039]⑦將中間開孔的反應器的打孔蓋板蓋上，紫外燈座與接線柱穿過蓋板中間的孔固定于反應器上蓋板中央區域的槽孔中。<