[发明专利]利用光催化氧化提高空气质量的装置和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及用于加热和净化室内空气的方法和装置。更具体地说，本发明涉及分别利用电阻热、或辐射热或任何其他合适的加热装置以及光催化氧化来加热和净化室内空气。

背景技术

空气包含能够引起轻度到严重过敏反应的污染物，例如，霉菌、花粉、灰尘、宠物毛屑和其他粒子。已经使用空气净化器从家庭和办公场所的空气中除去这些污染物以及减轻与过敏和哮喘有关的症状。在空气净化器中使用多种不同的方法来从空气中除去这些污染物。一种这样的方法利用了一种空气过滤器，该空气过滤器物理地捕获空气中并穿过过滤器的粒子。

最近开发的用于空气净化器的另外的方法是光催化氧化。光催化氧化是使用通常具有小于385纳米的波长的短波紫外光来辐射半导体光催化剂的方法。辐射光催化剂使带隙能(band gap energy)被超越并且电子从价带升迁到导带产生电子-空穴对(h⁺和e^-)。所述h⁺和e^-能够与有机化合物反应，并且所述有机化合物被氧化或还原。例如，如果在光催化剂上存在有利于释放电子的分子，例如乙醇、甲醇或水，则光产生的空穴(h⁺)能够与所述有机化合物反应以产生氧化产物。所述空穴接收电子并且所述分子变为缺电子的高能量中间体。相似地，如果存在例如氧或过氧化氢的电子受体并且所述电子受体存在于光催化剂上，则光产生的导带电子(e^-)能够与所述电子受体反应以产生还原产物。所述缺电子分子从所述导带接收电子并且所述分子变为富电子的高能量中间体。在完全的光催化氧化反应中，最终产物为CO₂和H₂O。虽然空气净化器对家庭或商业用户来说非常有用，但是当与空间加热器一起使用时，空气净化器需要占用额外的空间。

在现有的系统中存在这些和其他的缺陷。

发明内容

通过本发明可以在很大程度上克服上述缺点，其中，一方面，提供了一种装置，在一些实施方式中提供了利用光催化氧化来净化和加热空气的装置和方法，所述装置包括外壳、加热器和光催化氧化单元，所述光催化氧化单元包括涂覆有光催化材料的板和设置在所述外壳中的紫外光源。所述外壳限定了空气通过所述装置的流动路径，使得来自于环境中的空气被引入到所述装置中并穿过所述光催化氧化单元。

当来自于环境的空气中的污染物吸附到所述光催化材料涂覆的板的表面时，发生光催化反应。所述光催化材料的表面被暴露于由所述紫外光源产生的紫外线下。紫外光的能量激活光催化材料，然后所述光催化材料分解污染物并留下无毒的成分和净化的空气。然后所述空气穿过加热器并回到环境中。可以包括风扇来使得空气通过所述流动路径。

根据本发明的一个方案，提供了一种空气净化加热装置，包括：外壳，其具有由所述外壳的壁限定的内部空间；和加热器，其设置在所述外壳中。例如，所述加热器可为低瓦特数电辐射加热器或低瓦特数电阻加热器。所述外壳还限定了空气入口和空气出口。还可以在所述外壳的内部空间中布置紫外光源和涂覆有光催化材料的板，以使得由所述紫外光源产生的光照射所述板的表面。

流动路径由所述外壳限定为使得空气进入所述空气净化加热装置、通过由紫外光照射的板并且排出所述空气净化加热装置。所述空气穿过所述板，以使空气中的污染物吸附到所述光催化材料涂覆的板的表面。来自紫外光的能量使带隙能被超越并且电子从价带升迁到导带，产生电子-空穴对(h⁺和e^-)。所述h⁺和e^-能够与有机化合物反应，并且所述有机化合物被氧化或还原。例如，如果在所述板上存在有利于释放电子的分子，例如乙醇、甲醇或水，则光产生的空穴(h⁺)能够与所述有机化合物反应以产生氧化产物。所述空穴接收电子并且所述分子变为缺电子的高能量中间体。相似地，如果存在例如，氧或过氧化氢的电子受体并且所述电子受体存在于所述板上，则光产生的导带电子(e^-)能够与所述电子受体反应以产生还原产物。所述缺电子分子从所述导带接收电子并且所述分子变为富电子的高能量中间体。在完全的光催化氧化反应中，最终产物为CO₂、H₂O和净化的空气。另外，风扇可以布置在所述外壳中并配置为使得空气通过所述流动路径。