室內(nèi)空氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】室內(nèi)空氣凈化裝置，是由低壓穩(wěn)壓電源、凈化器和風(fēng)機(jī)等三部分組成。其凈化器為電解池結(jié)構(gòu)。本裝置是采用織物進(jìn)行過濾與電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)相組合的方法，對被污染的空氣進(jìn)行凈化。最終從凈化器出去的空氣是：不僅去除了塵埃微粒，殺滅了病菌、病毒，使空氣中所含的二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等等無機(jī)有害氣體消失，而且能澈底降解其中的諸如汽車排放的尾氣和從化工廠飄逸過來的一切有機(jī)毒物。據(jù)2013年3月16日騰訊網(wǎng)上新聞披露，中國500個大城市中，只有不到1％達(dá)到世衛(wèi)組織空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，中國人置身在空前的環(huán)境危機(jī)中。治理好環(huán)境主要從源頭上著手，但尚須時日。因此，為保障廣大人民健康，在近幾年內(nèi)大力推廣使用本裝置還是十分必要的。
【專利說明】室內(nèi)空氣凈化裝置 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 室內(nèi)空氣凈化裝置主要是應(yīng)用電化學(xué)原理，也涉及普通化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和一些普 通物理知識。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今，防治霧霾已為全國人民所關(guān)注。
[0003] 2013年3月16日，據(jù)騰訊網(wǎng)上新聞披露，中國500個大型城市中，只有不到1%達(dá) 到世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，世界上污染最嚴(yán)重的10個城市之中，有7個位于中國。中 國人置身在空前的環(huán)境危機(jī)中。
[0004] 2013年2月18日都市快報披露，中科院最新研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在霧霾中存在好幾十 種復(fù)雜的含氮有機(jī)物，這種物質(zhì)對人體的傷害極大，可能引起癌癥及其他嚴(yán)重疾病。更重要 的是病毒、病菌都能在這個很小的顆粒上存活，附著在PM2. 5顆粒物上，就會傳播疾病。
[0005] 中科院院士鐘南山說："北京十年來肺癌發(fā)病率增加了 60%，空氣污染是一個非 常重要的原因。"
[0006] 世界型生組織預(yù)測，如不控制吸煙和空氣污染，到2025年，我國新增肺癌患者將 超過100萬例，將成為世界第一肺癌大國。
[0007] 由此可見，為抵御霧霾對人體的影響，除設(shè)法嚴(yán)格控制污染源外，盡快研制出有效 的空氣凈化裝置，已成為全社會的迫切需求。
[0008] 本'室內(nèi)空氣凈化裝置'的技術(shù)背景是：利用織物過濾、水體粘附與電化反應(yīng)、化 學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的辦法，實(shí)施去污。
[0009] 本裝置特別應(yīng)用了電化反應(yīng)制造出強(qiáng)氧化劑，就利用其氧化還原電位愈高氧化能 力愈強(qiáng)的這一原理，實(shí)施對空氣的高度凈化。
[0010] 在電解水溶液時，陽極板上生成了氧化還原電極電位較高的強(qiáng)氧化劑，如原子氧 (〇)、臭氧（〇3)和羥基自由基（〇Η·)等。已被實(shí)踐證明，特別是羥基自由基（0H·)，能澈底 降解病毒、病菌和一切有機(jī)毒物。據(jù)文獻(xiàn)資料提及，在歐洲有不少企業(yè)，已使用羥基自由基 (0H ·)的高級氧化工藝（Α0Ρ)進(jìn)行廢水處理，取得了成效。
[0011] 幾種常見的氧化劑的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電極電位（25°C )如下：
[0012] ￥2 ΕΓ [0 |KMn04 [cl^ E 氧化還原電極電位 /V~ 2. 87~ 2Γ80~ 2?42~ 2. 07~ 1. 67 1. 36 0. 4
[0013] 早在上世紀(jì)八十年代，本人曾把酸性黑染料溶于小燒杯內(nèi)的水中，用兩條1號電 池的石墨芯子作為陰、陽電極，再把6節(jié)1號電池串聯(lián)起來作為電源進(jìn)行電解。當(dāng)電路接通 以后發(fā)現(xiàn)，僅只幾秒鐘，燒杯內(nèi)黑色水體變成了清澈透明。
[0014] 酸性黑染料的分子式為C22H1409N 6S2Na2，其結(jié)構(gòu)式為
[0015] ' QH N~~v3
[0016] 從這一實(shí)驗看到了電解去污的魅力，但當(dāng)時僅只知道，是陽極板上產(chǎn)生非?；顫?的原子氧（〇)在起作用，一時找不到理論依據(jù)。如今，這方面的理論已細(xì)緻入微，并十分完 整，因此，可以篤信，用電解法去污是絕對可靠的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 所發(fā)明之'室內(nèi)空氣凈化裝置'是由低壓穩(wěn)壓電源、風(fēng)機(jī)和凈化器等三部分組成。 其中凈化器的結(jié)構(gòu)為一箱式型的電解池，內(nèi)放置有多片平行的鐵板或鋁板，它們相間分別 與電源的正、負(fù)極相聯(lián)作為陽、陰極板。注入氫氧化鈣[(Ca(0H) 2])飽和溶液作為電解液。
[0018] 整個裝置運(yùn)作過程是：接通電源，穩(wěn)壓電源供電，風(fēng)機(jī)開動。從室外鼓入被污染了 的空氣，使其先通過空氣濾清網(wǎng)罩，這時，可去除其絕大部分塵埃。接著空氣通過風(fēng)機(jī)，沿著 進(jìn)氣管至凈化器的上部。把進(jìn)氣管出口置于電解液液面下，并在進(jìn)氣管的出口設(shè)置了 1至2 層織物，使空氣在管口噴出時，在濕透的織物上過濾，再一次濾去塵埃。又使氣流在通過織 物時被細(xì)分成無數(shù)支氣流，使空氣與電解液密切接觸，于是在電解液內(nèi)發(fā)生多種多樣的化 學(xué)反應(yīng)，把病菌、病毒和無機(jī)、有機(jī)毒物澈底消除。最后，高度凈化的空氣通過頂部管道散逸 到室內(nèi)空間。
[0019] 下面著重分析凈化器內(nèi)利用化學(xué)原理的去污過程：
[0020] 這里采用的電解液是氫氧化鈣[Ca(0H)2]飽和溶液。此溶液中含大量氫氧根離子 (OHO和鈣離子（Ca 2+)。特別是氫氧根離子（0Γ)與電解時陽極板表面產(chǎn)生的臭氧（03)發(fā) 生反應(yīng)，能生成氧化性極強(qiáng)的羥基自由基（0H ·)。為了產(chǎn)生更多羥基自由基（0H ·)，應(yīng)盡 量使臭氧（〇3)的溶解度增大，而臭氧（〇3)的溶解度又與電解液的溫度有關(guān)。
[0021] 臭氧（03)在水中的溶解度如下表：
[0022] 溫度 /°C ?ο [?5 [?9 [27 fio [55 [θ? 溶解度/[L(氣）幾（水）]0.64 0.456~0. 281 0. 27~0. 117~0. 031 0
[0023] 從上表看到，電解液內(nèi)的臭氧（03)，在40°C的每升水中，還含臭氧（0 3)0. 117升。 今應(yīng)用《普通物理》的'分子物理'章節(jié)中的門捷列耶夫一克拉珀龍公式底推廣，進(jìn)行計示示 結(jié)果，在40°C每升水中，還能達(dá)到含臭氧219毫克。歷來，用于滅菌、消毒的臭氧用量是保持 0. 045暈克/升至0. 45暈克/升只需2分鐘，若超過1暈克/升，經(jīng)1分鐘，病毒去除率可 達(dá)到99. 99%。臭氧的強(qiáng)氧化能力由此可見。因此，用不著為夏天臭氧（03)溶解度減少而 擔(dān)憂。
[0024] 之所以采用氫氧化鈣[Ca(0H)2]飽和溶液作電解液，是因為他有下列幾個作用 ：
[0025] 1.能增大電解液的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率增大，就能增大電流強(qiáng)度。根據(jù)法拉第電解定 律，其極板上析出的物質(zhì)的量隨著電流強(qiáng)度的增大而成正比例地增多。因此，能產(chǎn)生更多臭 氧（〇 3)和羥基自由基（0H ·)，提高了功效。
[0026] 2.使被污染空氣中所含的二氧化碳（C 02)，在通過凈化器時，與水（H20)反應(yīng)后， 再與鈣離子（Ca2+)反應(yīng)，最終生成碳酸鈣（CaC0 3)沉淀，而去除二氧化碳（C02)，即
[0027] C 〇2+H2O^H,CO:1
[0028] 在強(qiáng)堿條件下反應(yīng)向右移動。
[0029] h2c o3=?nr+co，
[0030] Ca2++C0廣=CaC03 I
[0031] 3.使被污染空氣中所含的二氧化硫（S02)，在通過凈化器時，與水（H 20)反應(yīng)后，再 與鈣離子（Ca2+)反應(yīng)，最終生成亞硫酸鈣（CaS03)沉淀，而去除二氧化硫（S0 2)，即
[0032] S02+H20==H2S 〇3
[0033] H2S 03〒^2H ++S 032-
[0034] 在強(qiáng)堿條件下反應(yīng)向右移動。
[0035] Ca2++S0廣=CaS03 I
[0036] 4.使被污染空氣中所含的二氧化氮（N02)，在通過凈化器時，由于電解時陽極板上 制造出氧（〇2)，又鼓入的空氣中也含有氧（〇 2)，所以電解液內(nèi)含氧（〇2)量豐富，于是發(fā)生下 列反應(yīng)：
[0037] 4N02+2H20+02- - 4HN〇3
[0038] 二氧化氮（N02)與水（H20)作用生成硝酸（ΗΝ0 3)，二氧化氮（N02)即被去除。
[0039] 5.制得具良好去污作用的臭氧（03)。
[0040] 由于電解過程中，陽極板上產(chǎn)生的原子氧（0)，并迅速相互反應(yīng)生成臭氧（〇3)，即
[0041] 陽極板上 20F-2e = = H20+0
[0042] 0+0+0 - 03
[0043] 0+0 - 02， 0+02 - 03
[0044] 這是經(jīng)典化學(xué)里制取臭氧（03)的方法之一。而臭氧（03)的溶解度，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下 是氧氣的13倍，它具極強(qiáng)的氧化能力，臭氧（0 3)遇有機(jī)物時發(fā)生：
[0045] 03+有機(jī)物一產(chǎn)物或中間物
[0046] 在臭氧氧化有機(jī)物時，對烯烴類化合物的雙鍵氧化能力最強(qiáng)，其次是胺類和碳?xì)?雙鍵，再其次是炔烴類三鍵化合物、碳環(huán)、雜環(huán)化合物、硫化物、磷化物等。而對醇、醛、醚及 碳?xì)浠衔锏膯捂I氧化能力最弱。對于細(xì)菌和病毒能予以降解。
[0047] 6.產(chǎn)生氧化能力特強(qiáng)的羥基自由基（0H·)。可澈底消除病毒、病菌和一切有機(jī)毒 物。
[0048] 產(chǎn)生羥基自由基（0H ·)有兩個途徑：
[0049] ⑴陽極板上原子氧（0)與水（H20)作用，即
[0050] 0+H20 - 20H ·
[0051] (ii)已經(jīng)生成的臭氧（〇3)與氫氧根離子（0Γ)相遇起快速反應(yīng)即得，即
[0052] 〇3+OH - H〇2 · +02
[0053] (H02 ?為過氧化羥基自由基，(V為負(fù)氧離子）
[0054] 03+H02 · - OH · +202。
[0055] 過氧化羥基自由基（H02 ·)又分解成臭氧（03)和水（H20)，即2H02 · - 03+H20。
[0056] 羥基自由基（OH ·)遇有機(jī)物時的反應(yīng)過程如下：
[0057] 0H · +RH - R · +H20......(1)
[0058] (RH為有機(jī)物R ·為脂質(zhì)自由基）
[0059] R · +02 - R02.......(2)
[0060] (R〇2 ?為脂質(zhì)過氧化自由基）
[0061] R02 · +RH - R00H+R.......(3)
[0062] (R00H為有機(jī)酸）
[0063] R00H+0H · - C02+H20+ 其他氧化產(chǎn)物
[0064] ...... (4)
[0065] 至此，有機(jī)物（RH)被降解。
[0066] 從這一連串反應(yīng)可看出，水溶液中不斷的羥基自由基（0H·)與有機(jī)物反應(yīng)，生成 的脂質(zhì)自由基（R ·)在不斷增多，它作為中間產(chǎn)物對降解有機(jī)物起著重要和不可缺少的作 用，而在反應(yīng)的（3)式中又產(chǎn)生了脂質(zhì)自由基（R·)。由于這一系列反應(yīng)都是非?？焖龠M(jìn) 行，溶液內(nèi)的脂質(zhì)自由基（R·)就不斷增多。又水溶液中的陽極板上不斷在產(chǎn)生氧氣（〇 2)， 又從風(fēng)機(jī)鼓入的空氣中也含有氧（〇2)，因此，氧（〇2)的供應(yīng)是十分充裕的，則就又回到反應(yīng) 式（2)進(jìn)行反應(yīng)。由此，只要有羥基自由基（0H·)足夠產(chǎn)生，就形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。即在整個 電解液內(nèi)到處都發(fā)生降解有機(jī)物的反應(yīng)。
[0067] 細(xì)菌、病毒等都是有機(jī)物質(zhì)，遇羥基自由基（0H ·)立即降解。
[0068] 這里選用了鐵（Fe)或鋁（A1)作為凈化器內(nèi)電解用的電極板，這是因為在電解 過程中，作為陽極板的鐵（Fe)或鋁（A1)，在電化反應(yīng)中失去了電子，進(jìn)入溶液成為鐵離子 (Fe 3+)或鋁離子（Al3+)，它們與溶液中的氫氧根離子（0H)結(jié)合就生成難溶的膠體，即
[0069] Fe3++30!T==Fe (0H) 3 丨（膠體）或
[0070] Α13++30Γ = = A1 (OH) 3 I (膠體）
[0071] Fe (0Η) 3和A1 (0Η) 3都是良好的凈水劑，他們能絮凝水中的懸浮物。因此，這對處 理凈化器內(nèi)產(chǎn)生的污物時，可避免流失，有利于保護(hù)周邊環(huán)境。
[0072] 從凈化器凈化后通入室內(nèi)空間的氣體，同時夾帶著電解時在陰極板上產(chǎn)生的氫氣 (?)，今應(yīng)用法拉第常數(shù)F = 96494[庫侖]/[克當(dāng)量]和所采用的電流強(qiáng)度進(jìn)行計赫結(jié)果 來看，這電解出的氫氣（?)是微量的，不足以影響環(huán)境和人體健康，因此，可以不予考慮。
[0073] 于是，室內(nèi)便獲得源源不斷的高度凈化的空氣。
[0074] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0075] 圖1是室內(nèi)空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0076] 圖2是室內(nèi)空氣凈化裝置的進(jìn)氣管出口、電極板頂部與電解液液面的相對位置示 意圖。
[0077] 圖1一2中1-電極板，2-電極板，3-電極板，4-管道，5-閥門，6-電極板，7-電極 板，8-電極板,9-電極板，10-石灰水，11-凈化器之殼體，12-織物，13-出氣管，14-進(jìn)氣管， 15-管道，16-閥門，17-插頭，18-空氣濾清網(wǎng)罩，19-風(fēng)機(jī)，20-電鍵，21-電鍵，22-原繞組， 23-副繞組，24-整流器，25-低壓穩(wěn)壓電源，26-導(dǎo)線，27-導(dǎo)線，28-凈化器。
[0078] 電極板（1)、（2)、（3)、（6)、（7)、（8)、（9)用不銹鋼，管道（4)、（15)、閥門（5)、（16)、 出氣管（13)、進(jìn)氣管（14)等用塑料制成，凈化器之殼體（11)用透明或半透明塑料制成，織 物（12)用1至2層棉織物，空氣濾清網(wǎng)罩（18)用4-6層棉織品與塑料支架制成，風(fēng)機(jī)（19) 采用離心式風(fēng)機(jī)，已經(jīng)過試驗，它具有足夠風(fēng)壓，且耗電省、空氣流量大和價廉的優(yōu)點(diǎn)，低壓 穩(wěn)壓電源（25)、插頭（17)、電鍵（20)、（21)、導(dǎo)線（26)、（27)等在市場上都容易采購，石灰 水（10)采用氫氧化鈣[Ca(0H) 2]飽和溶液。 具體實(shí)施例：
[0079] 打開閥門（16)，把配制好的石灰水（10)從管道（15)注入凈化器（28)，使水面高 過電極板（1)、⑵、（3)、（6)、（7)、（8)、（9)等的頂部。用插頭（17)接上市電，合上電鍵 (21)，低壓穩(wěn)壓電源（25)開始供電。這時，陽極板（2)、（6)和（8)上發(fā)生電化反應(yīng)，在溶液 中立即生成氧氣（〇)、（〇 2)、臭氧（〇3)和羥基自由基（0H·)，并開始降解溶液中的有機(jī)物，； 在陰極板（1)、⑶（7)和（9)上，發(fā)生電化反應(yīng)而生成氫氣（H 2)。
[0080] 在接通電源幾分鐘后，即可合上電鍵（20)，啟動風(fēng)機(jī)（19)，被污染了的空氣便通 過空氣濾清網(wǎng)罩（18)，根據(jù)2013年3月12日杭州'都市快報'A15版介紹，4層棉紗布對塵 埃阻擋率為92.6%，效果極佳。然后通過風(fēng)機(jī)（19)沿著進(jìn)氣管（14)進(jìn)入凈化器（28)頂部， 爾后，氣流在液面下的管口向下噴出，由于浸沒在電解液表而的管口上安置了織物（12)， 能把塵埃再次濾去。與此同時，氣流因通過織物（12)而成無數(shù)條微細(xì)分流，使空氣與電解 液緊密接觸，使又一次清除了塵埃。更重要的把混雜在空氣中的二氧化碳（C0 2)、二氧化硫 (S02)、二氧化氮（N02)等等去除，并澈底降解一切細(xì)菌、病毒和汽車排放的尾氣、化工廠飄 逸過來的有機(jī)毒物。最終，從凈化器（28)頂部經(jīng)出氣管（13)出去的便是高度凈化了的空 氣。
[0081] 在運(yùn)作時，氫氧化鈣[Ca(0H)2]飽和溶液有損牦，要及時補(bǔ)充。管道（4)和閥門（5) 在清洗凈化器（28)內(nèi)部時作為排污通道。
[0082] 正常人所需要的空氣是每人每分鐘4升。風(fēng)機(jī)（19)的供氣能力在風(fēng)機(jī)（19)的標(biāo) 牌上銘刻著。用戶就可根據(jù)需要進(jìn)行選用。
【權(quán)利要求】
1. 一種室內(nèi)空氣凈化裝置，其結(jié)構(gòu)是由低壓穩(wěn)壓電源（25)、風(fēng)機(jī)（19)和凈化器（28) 等三部分組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于所述凈化器（28)，是由凈化 器之殼體（11)、管道⑷、（15)、閥門（5)、（16)、電極板（1)、（2)、（3)、（6)、（7)、（8)、（9)、 導(dǎo)線（26)、（27)、進(jìn)氣管（14)和出氣管（13)等組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于所述凈化器（28)內(nèi)的電解液 是氫氧化鈣（[Ca (0H) 2])飽和溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于所述凈化器（28)內(nèi)的上方， 在管道（14)的管口設(shè)置了織物（12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化裝置，其特征在于所述凈化器（28)內(nèi)的上部，管道 (14)的管口置于電解液液面之下，并在電極板（1)、（2)、（3)、（6)、（7)、（8)、（9)之上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)空氣凈化裝置，其特征在于在風(fēng)機(jī)（19)之前，設(shè)置了空 氣濾清網(wǎng)罩（18)。
【文檔編號】F24F1/00GK104121629SQ201310173771
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】孫友誼 申請人:孫友誼