阅读说明：本技术 用于减少气体混合物中的污染物的装置 (Device for reducing pollutants in a gas mixture ) 是由 吉奥瓦尼·巴迪 劳拉·尼科莱 奥利维亚·比托斯 马克·比托斯 西蒙妮·博纳里 于 2018-09-04 设计创作，主要内容包括：描述了一种用于减少气体混合物中的污染物的装置(1),所述装置(1)包括：容纳本体(2),容纳本体(2)具有用于气体混合物的入口部分(3)和用于气体混合物的出口部分(4),容纳本体(2)向气体混合物施加固定的流动方向(D)；至少一个过滤单元(10),过滤单元(10)包括光催化过滤器(7),光催化过滤器(7)沿着该固定的流动方向(D)介于第一光源(6a)和第二光源(6b)之间,第一光源(6a)和第二光源(6b)均具有可见光谱(400-700nm)内的波长,光催化过滤器(7)包括光催化纳米颗粒涂层,并且该纳米颗粒涂层包括掺杂有氮掺杂剂的二氧化钛；在过滤单元(10)之前用于矫直气流的单元(5)。(An apparatus (1) for reducing contaminants in a gas mixture is described, the apparatus (1) comprising: a containment body (2), the containment body (2) having an inlet portion (3) for the gas mixture and an outlet portion (4) for the gas mixture, the containment body (2) imparting a fixed flow direction (D) to the gas mixture; at least one filter unit (10), the filter unit (10) comprising a photocatalytic filter (7), the photocatalytic filter (7) being interposed along the fixed flow direction (D) between a first light source (6a) and a second light source (6b), the first light source (6a) and the second light source (6b) each having a wavelength within the visible spectrum (400-700nm), the photocatalytic filter (7) comprising a photocatalytic nanoparticle coating, and the nanoparticle coating comprising titanium dioxide doped with a nitrogen dopant; a unit (5) for straightening the air flow before the filter unit (10).)

用于减少气体混合物中的污染物的装置

技术领域

本发明涉及一种用于减少气体混合物中的污染物的装置。

多年以来，人类活动的发展和扩散已经导致所呼吸的空气中存在的污染物质越来越显著的增加。

更具体地说，人们越来越关注污染排放物(例如由生产工厂和交通工具产生的污染排放物)对环境和对生态系统的影响。

然而，很多研究已经证明，在密闭空间中积累的污染物的水平可以等于(如果不等于则甚至大于)存在于外部环境中的污染物的水平。

在一般情况下，最常出现的物质是氮氧化物(NO_x)，并且包括挥发性有机化合物(VOC)，所述物质也可以源自于常用的家用物品，例如清洁产品、除臭剂、空气调节系统和室内装饰。

对确保家庭和工作两方面的室内环境和室外环境二者的舒适性并且不损害居民健康的需求，已经引起对这样的装置的研究：该装置能够去除会对人类健康有害的所有那些物质，或者能够至少使得所有那些物质无害。

在工作环境中更多地感受到对确保良好空气质量的需求，在工作环境中可能会进行产生对操作者有害的物质的活动，并且操作者每天必需在工作环境中停留许多个小时。

背景技术

如今已经具有用于减少污染物的装置，所述装置可以安装在封闭的环境内部，用于使污染物减少至风险阈值以下。

通常具有过滤装置，过滤装置被***工作环境的常规空气管道内部。

用作过滤单元的现有技术的装置通常具有光催化过滤器，光催化过滤器一般以光催化剂的使用为基础，光催化剂经常以二氧化钛为基础，在存在氧气和水的条件下，二氧化钛能够使上文所述的存在于空气中的污染化合物有效地降解并且氧化。

这种特性使得二氧化钛成为在用于制造空气过滤器的领域中尤为有用的化合物，因为它能够显著地改善在室内环境和工作环境中的呼吸的空气的质量。

更具体地说，锐钛矿形式的二氧化钛仍然是这一领域中最有前景的光催化活性半导体，并且人们已经做出了很多努力，试图优化这种特殊晶形的生产和应用过程。

更详细地说，二氧化钛具有光催化性能，当用波长在紫外区的光照射时，例如用波长在300nm至390nm之间的光照射时，二氧化钛可以被活化，因此，只能激活可见光辐射中的5％。由此可见，这种类型的装置的效率很低，除非它与专门设计和制造以执行活化二氧化钛的功能的紫外灯联合使用。这也导致了这样的事实：为了通过现有技术的过滤器来获得用于减少污染物的良好的性能水平，装置必须包括一系列紫外光源，而紫外光源的特点是具有显著的能量消耗，并且经久耐用性低。

很显然，对于从其本质上必须在整个工作日内持续运作的过滤装置而言，这种能量消耗是显著的，并且对于安装该装置的系统的运行成本而言也是有问题的。

特别是如果与LED类型的可见光光谱中的光源相比，紫外光源的另一个主要缺点是购买成本以及相对较低的使用寿命小时数，该LED类型的可见光光谱中的光源的特点是：非常低的能量消耗、低购买成本，并且同时其寿命周期远大于其他传统光源的寿命周期。

发明内容

在本文中，构成本发明的基础的技术目的在于提供一种用于减少气体混合物中的污染物的装置，该装置克服如上文所述的现有技术的若干缺点中的至少一些缺点。

本发明的目的在于提供一种用于减少气体混合物中的污染物的装置，该装置的特点是在去除和减少气体混合物中的污染物方面非常有效，并且同时该装置是便宜的，并且在日常使用中是可靠的。

而且，具有这些特点的用于减少气体混合物中的污染物的装置并非仅被设计用于处理室内的污染物，而且也用于处理在引入至大气中之前需要进行处理的工业类型的气体排放物。

所指出的技术目的和所指明的目标基本上通过包括在所附权利要求中的一项或者多项中描述的技术特征的用于减少气体混合物中的污染物的装置来实现。

附图说明

在根据所附附图中示出的用于减少气体混合物中的污染物的装置的优选实施例的非限制性描述中，本发明的其他特征和优点将更加明显，在附图中：

图1示出根据本发明的用于减少气体混合物中的污染物的装置的示意截面图和非限制性示例；

图2示出在根据本发明的装置中使用的过滤单元；

图3示出在根据本发明的装置中使用的光源的实施例的示意图；以及

图4示出根据本发明的装置的第二实施例。

具体实施方式

图1中的数字1概括地表示用于减少气体混合物(例如空气)中的污染物的装置1，装置1包括容纳本体(containment body)2，容纳本体2具有用于气体混合物的入口部分3和出口部分4。

有利地，容纳本体2可以与建筑物的通风管道串联连接。

容纳本体2形成对气体混合物施加固定的流动方向的固定的物理通道，为了简单起见，仅在图2中用字母“d”表示该流动方向。

有利地，容纳本体2包括用于搁置在地面上的元件。

在容纳本体的内部具有至少一个过滤单元10，在图1和图2中示意性示出了过滤单元10，过滤单元10包括光催化过滤器7，光催化过滤器7沿着固定的流动方向“d”介于第一光源6a和第二光源6b之间，第一光源6a和第二光源6b均具有可见光谱内的波长。

光源6、6a、6b可以是任何已知的类型，有利地，可以是LED类型。

光催化过滤器7包括光催化纳米颗粒涂层，光催化纳米颗粒涂层进一步包括掺杂有氮掺杂剂的二氧化钛。

优选地，光催化过滤器7由陶瓷材料制成，并且包括堇青石、莫来石、氧化铝之中的至少一种。

此外，优选地，氮掺杂剂为氨络物、酰胺类、有机铵盐、无机铵盐之中的一种。

过滤器7包括应用表面和光催化纳米颗粒涂层，光催化纳米颗粒涂层被配置为用于沉积在应用表面上。

通过沉积光催化活性的纳米颗粒来制备纳米颗粒涂层，优选地，使用锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒来制备纳米颗粒涂层。

在被施加至过滤器之前，通过氮掺杂剂来掺杂纳米颗粒涂层。

换言之，用掺杂有氮的纳米颗粒形式的二氧化钛来涂覆应用表面。

如所提及的，优选地，用作氮掺杂剂的前驱体从氨络物、酰胺类、有机铵盐、无机铵盐之中选择。

通过在大约500℃的温度下加热，来对所述表面直接实施涂层活化。

氮的存在使得二氧化钛的带隙被改变，特别是使得带隙变小，从而使得光催化性能通过大范围的可见光光谱来可激活，而并非仅仅用非常有限的紫外线成分(例如，出现在现有技术的装置中的紫外线成分)来激活。

优选地，应用表面由陶瓷材料制成，陶瓷材料是特别适合的，因为陶瓷材料提供非常耐用且非常多孔的惰性支撑，从而确保了使用该陶瓷材料的装置的长使用寿命。

如上文所述，优选地，使用堇青石、莫来石、氧化铝之中的至少一种来制备应用表面。

为了保证最佳的过滤结果，并且使过滤器7的效率最大化，通过由多个陶瓷薄壁组成的基质来制备应用表面，多个陶瓷薄壁限定多个平行的管道，所述管道在两端是开放的，以这种方式，允许气体混合物通过。换言之，应用表面具有多个管道，每一个管道用纳米颗粒涂层覆盖，从而限定多个氧化位点，在该氧化位点，通过使用入射光子激活掺杂有氮掺杂剂的二氧化钛纳米颗粒的光催化性能，来吸收和降解污染物，从而获得对穿过应用表面的管道的气体混合物(尤其是空气)的净化。

例如，氮氧化物经历降解变成硝酸盐，同时其他可挥发有机物质被氧化，形成碳残渣和/或二氧化碳。

空气流中没有被去除的、由空气的过滤产生的副产物可以轻易地从应用表面洗掉，从而完全恢复操作。

有利地，过滤单元10是管束型的，也就是说，过滤单元10包括多个中空管状元件，需要进行处理的气体混合物气流从中空管状元件的内部穿过，并且被设置为平行于上文所述的固定流动方向“d”。

有利地，上文所述的纳米颗粒涂层至少延伸至构成管束的每一个管状元件的内表面。

还更有利地，相应的光源6、6a、6b被设置在每一个管状元件的内部。

在该实施例中，光源6、6a、6b也被设置为平行于固定流动方向“d”。

参照图3，在根据本发明的用于减少气体混合物中的污染物的装置1中，可以设置光源6a、6b的位置，使得其不与气体混合物的气流直接接触，因为光源6a、6b被***在相应容器8的内部。

容器8必须对由光源6a、6b发射的可见光是至少部分地透明的。

此外，有利地，在容器8和光源6、6a和6b之间，具有空气间隙9。

在空气间隙9的内部具有空气，该空气的压力大于气体混合物气流的压力。

以这种方式，在着火或者***的情况下，可以获得额外的安全性。

具有上述特征的用于减少气体混合物中的污染物的装置的应用不限于处理室内污染物(该处的浓度从来不超过***极限)，而且也可以应用于处理工业类型的气体排放物，工业类型的气体排放物在进入大气之前需要进行处理，另一方面，工业类型的气体排放物通常是被定义为***性的混合物。所描述的具有空气间隙9的构造允许对装置进行ATEX分类。

在根据本发明的装置1的优选的实施例中，在容纳本体2的内部，在过滤单元10之前的位置，具有用于矫直气流的装置5，以这样的方式，使得气流更加均匀，并且因此优化了存在于装置1中的所有一系列过滤单元10的操作。

更具体地，用于矫直气流的装置5的目的是使在设置于矫直装置5之后的过滤单元10的工作段上，从入口部分2进入的气团的流速均匀地分布。

使气团的流速均匀分布允许所述团和过滤表面之间的接触最大化，从而在减污操作期间获得更大的整体效率。

为了优化操作，并且因此优化过滤单元对污染物的减少，容纳本体2的内表面可以制成相对于可见光具有反射性(或者甚至类似于镜子)。显然这会使由光源6、6a、6b发射的光的量最大化。

此外，有利地，根据本发明的装置1包括再循环回路，再循环回路(例如，受控制单元的控制)连接容纳本体2的出口部分4和入口部分3。

容纳本体2的出口部分4和入口部分之间的连接可以包括中空管道，中空管道通过打开相应的阀来控制。

阀又通过设置在出口部分4附近的一个或者多个传感器来控制。传感器被配置以检测穿过过滤单元10之后的气体混合物中的污染物的实际百分比。

以这种方式，例如如果位于出口部分4中的传感器检测到污染物的百分比大于极限值，可以将气体混合物的气流再次输送穿过入口部分3，用于再一次穿过过滤单元10而非穿过建筑物中的空气管道。

图4示出第二方案，根据第二方案，装置1包括容纳本体2，容纳本体2具有用于未处理的混合物的第一入口部分3和用于经处理的气体混合物的出口部分4。有利地，容纳本体可以与建筑物的通风管道串联连接。

容纳本体2形成对气体混合物施加固定的流动方向(标记为“d”)的固定的物理通道。

在容纳本体2的内部具有至少一个过滤单元10，过滤单元10被设置成使得气体混合物沿着固定的流动方向“d”穿过过滤单元10。

容纳本体2还包括用于氧化剂12的第二入口部分11，第二入口部分11被设置在至少一个过滤单元10之前。根据图4所示的实施例，被设计用于将氧化剂引入容纳本体2的内部的第二入口部分11，位于用于气体混合物的第一入口部分3和过滤单元10之间。

根据另一替代实施例，用于氧化剂12的第二入口部分11位于第一入口部分3处，或者与第一入口部分3重合。

有利地，氧化剂12包括臭氧、过氧化氢或氧气、次氯酸盐和高锰酸钾之中的一种或者多种。

在操作期间，以预定的量将氧化剂12引入容纳本体2的内部，使获得与气体混合物气流的良好混合。

混合发生在气流穿过过滤单元10之前。氧化剂12攻击气体混合物内部所包含的任何有气味的分子，引起部分氧化或者全部氧化，并且随之引起全部维度内的减少。

简而言之，在气体混合物穿过过滤单元10之前，氧化剂12对气体混合物进行预处理。

更具体地，当氧化剂包括氧气、臭氧、或者过氧化氢、或者次氯酸盐、或者高锰酸钾时，获得链式反应的氧化过程，从而使得当氧化剂与存在于光催化过滤器7上的活化钛形成接触时，产生增强的自由基，从而达到有气味的排放物的进一步降低。

因此，在来自于部分4的出口处，获得了有气味的分子和污染物都已经从中去除的气体混合物。

根据本发明的装置克服了现有技术的限制，并且实现了之前设定的目标。