光觸媒空氣凈化器的研究與設計

陳麗智

（惠州市東恒環保科技有限公司）

前言

光觸媒空氣凈化器，可謂是集負離子技術、疊層懸浮的濾筒、顆粒狀的活性炭、高效的過濾系統、紫外燈、高科技的光觸媒類技術等多項高新技術為一體的設備，它具有著有害有毒氣體快速分解、高效滅菌及除異味、高效的粉塵吸附等功能優勢，對于空氣質量的改善有著較大的功能作用，應用價值較為突出。伴隨著人們生活水平的不斷提升，光觸媒式空氣的凈化器備受關注，且人們對該設備的各項要求也逐步提高。因此，為了能夠不斷優化光觸媒式空氣的凈化器，就需研發者及相關設計人員結合以往的實踐經驗，對光觸媒式空氣的凈化器設計，進行系統化研究。從而能夠更好地滿足于現代人對于光觸媒式空氣的凈化器各項需求，設計出滅菌、凈化效果最佳的一種光觸媒式空氣的凈化器，以帶動空氣凈化器行業的持續性發展，引領全新的空氣凈化器時代。

1 優缺點分析

1.1 優點

光觸媒式空氣的凈化器，它的基本優點在于在光作用之下可把TVOC、氨、二甲苯、甲苯、苯、甲醛等一些有害的污染物、有機物、細菌、臭氣等，進行氧化與分解成為無害的水（H2O）與二氧化碳（CO2）。該產品自身有著較高效性的光譜性消毒功能，可對病毒與細菌出現交叉性感染予以有效性控制，以達到細菌繁殖抑制及空氣凈化的效果。該產品自身并不會發生一定變化情況及損耗，它只是為提供反應性場所，具有著無毒、安全、持久性等優點，并不會形成二次性污染，為我國公認的一種綠色化無污染性產品。

1.2 缺點

光觸媒式空氣的凈化器，其雖具有著較高的優點。但是，卻還有著一定的缺點，光觸媒式空氣的凈化器需盡可能地確保室內光線為其提供最適宜的基礎性光線條件，需將室內空氣流動性予以增強，確保良好的通風狀態。同時，光觸媒式空氣的凈化器必須在一段實踐內紫外線的照射，才可達到較為明顯地滅菌效果，有著一定的局限性。因此，基于光觸媒式空氣的凈化器具有著一定的缺點，為了能夠進一步提升光觸媒式空氣的凈化器功能優勢，還需相關設計人員對其開展進一步的優化設計。

2 設計研究

2.1 基本設計原理

光觸媒，它是光與觸媒這種催化劑的統稱。光觸媒屬于一類在光照射條件下，自身并不會出現變化情況卻可形成一定化學性反應的物質。①運用二氧化鈦的光觸媒作為銳鈦礦式結構，它能量實距為3.2eV，所對應的射光波長為380nm。在利用光子的能量超出3.2eV光照射期間，材料內部所被激發出的電子會形成電子空穴對，其光生的載流子會快速地轉移至材料表面，將材料表面所吸附的一些水分與氧充分激活，進而形成具有較強氧化性的活性氧與自由的氫氧基，出現氧化性反應，讓所有有機物、病毒、細菌等均徹底地分解成為無害的水（H2O）與二氧化碳（CO2）。如圖1～2所示，光譜當中紫外線均可將光觸媒有效激活，通過自主性設計來激發該光觸媒諧振的光源，即可形成280～380nm紫外線，可最大線路地將光觸媒活性激活；②紫外線滅菌功能。通常情況下，運用生物學紫外線，分別是UVC、UVB、UVA光譜的波段。UVC波段的生物效應是最為突出的，它對于微生物有著較強的斷鍵力及滅菌性能；③臭氧滅菌過程為生物及化學的氧化反應。臭氧滅菌功能作用機制為：作用在細胞膜，增加胞膜實際通透性，讓細胞內的物質逐漸外流，逐步失去了活力直至溶解死亡，達到最佳的空氣凈化效果。

圖1 光觸媒大氣凈化功能機構示意圖

圖2 光觸媒實際反應的方程式示意圖

2.2 具體設計

本款空氣的凈化器主要是利用光觸媒光催化的作用及臭氧滅菌作用、紫外線作用等基本原理設計。如圖3所示，為該基本設計原理。實驗樣機由空氣的進出口、控制電路、諧振光源、回旋風道四個部分所構成。

圖3 空氣的凈化器基本設計原理示意圖

2.2.1 多波段的諧振光源設計

在空氣的凈化器內部，設計多波段的諧振光源（該光源主要是由6根或4根管結構）。如圖4所示，為6根管結構圖，由2支280～380nmTiO2的光觸媒式激光管。如圖5所示，為其發射的光譜性曲線圖，能夠讓光觸媒在高強度的激發性狀態之中，提升光觸媒實際利用效率；同時，還有1支254nm的滅菌及滅毒管、1支抽樣的滅菌管所構成。

圖4 諧振光源的結構示意圖

圖5 iO2的光觸媒性諧振管之光譜能量實際分布示意圖

2.2.2 導流回旋的風道設計

如圖3所示，在該空氣的凈化器內部進行導流回旋的風道設計，該風道的內壁及螺旋形的葉片上面均進行了高效性iO2光觸媒的涂抹，在中央位置上放置了多波段的諧振光源，所進入到該凈化器內所有氣體會在風道之中形成相應回宣風，將有害性氣體其與光觸媒接觸的時間、面積大大增加，以達到最佳的空氣凈化效果。

2.2.3 功效分析

那么，在光觸媒式空氣的凈化器經過了優化性設計之后，其各項功能優勢均得以強化。主要表現于兩個方面：其一，在有害性氣體的去除方面。針對這一方面功能優勢的優化性設計效果，可通過實驗操作來判定。在室內環境中把6.0mL氨溶液、5.0mL甲醛均自然揮發于0.5h之后，將優化設計后的凈化器開辟，進風口處進行空氣樣品的采集，記錄為初始的質量濃度；待2h之后，在該出風口位置采集空氣的樣品，記錄為2h的質量濃度；對空氣樣品當中氨、甲醛等實際濃度進行細致檢測，并將該空氣的凈化器針對與氨、甲醛實際去除率，精準地計算出來。

3 結語

綜上所述，為了能夠提升光觸媒式空氣的凈化器各項系統功能，就需廣大研究者及技術人員積極投身于實踐當中，積累更多的實踐經驗，以不斷提升自身的專業水準，設計出最能夠符合于都市人員需求的一種光觸媒式空氣的凈化器，促進我國空氣的凈化器相關行業持續性發展。