Фотокаталитический очиститель воздуха

Содержание:

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Адсорбционно-каталитический фильтр
Новый старый фотокатализатор
Формула изобретения
Фотокатализатор

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Каталитический фильтр сажи, содержащий пористую керамику, имеющую аморфную каталитическую фазу, по меньшей мере, на части пористой керамики, состоящую из оксидного стекла с добавкой щелочного металла, имеющего в своем составе Si, Al или их комбинацию.

2. Каталитический фильтр сажи по п.1, в котором стекло с добавкой щелочного металла имеет щелочной металл, т.е. Na, K, Cs или их комбинацию.

3. Каталитический фильтр сажи по п.2, в котором щелочной металл представляет собой Cs, K или их комбинацию.

4. Каталитический фильтр сажи по п.3, в котором щелочной металл представляет собой K.

5. Каталитический фильтр сажи по п.1, в котором оксидное стекло с добавкой щелочного металла представляет собой силикат.

6. Каталитический фильтр сажи по п.1, в котором пористая керамика имеет количество щелочного металла, составляющее от, по меньшей мере, около 0,1 до, по большей мере, около 7 вес.% пористой керамики и аморфной каталитической фазы.

7. Каталитический фильтр сажи по п.6, в котором количество щелочного металла составляет, по меньшей мере, около 0,2%.

8. Каталитический фильтр сажи по п.7, в котором количество щелочного металла составляет, по меньшей мере, около 0,3%.

9. Каталитический фильтр сажи по п.6, в котором количество щелочного металла составляет, по большей мере, около 5%.

10. Каталитический фильтр сажи по п.9, в котором количество щелочного металла составляет, по большей мере, около 3%.

11. Каталитический фильтр сажи по п.1, в котором пористая керамика представляет собой муллит, кордиерит, карбид кремния или их комбинацию.

12. Каталитический фильтр сажи по п.11, в котором пористая керамика представляет собой кордиерит или муллит.

13. Каталитический фильтр сажи по п.12, в котором пористая керамика представляет собой муллит.

14. Каталитический фильтр сажи по п.13, в котором пористая керамика представляет собой игольчатый муллит.

15. Способ формирования каталитического фильтра сажи, содержащий этапы, на которых пористое керамическое тело подвергают воздействию соединения щелочного металла, которое представляет собой силикат, алюминат, алюмосиликат или их комбинацию, так что, по меньшей мере, часть пористой керамики находится в контакте с соединением щелочного металла, и нагревают контактирующую пористую керамику до температуры, достаточной для вплавления в нее оксидного стекла с добавкой щелочного металла, содержащего Si, Al или их комбинацию.

16. Способ по п.15, в котором соединение щелочного металла имеет щелочной металл, т.е. K, Na, Cs или их комбинацию.

17. Способ по п.16, в котором щелочной металл представляет собой Cs, K или их комбинацию.

18. Способ по п.17, в котором щелочной металл представляет собой K.

19. Способ по п.15, в котором соединение щелочного металла представляет собой силикат.

20. Способ по п.15, в котором соединение щелочного металла представляет собой коллоид, который имеет средний размер частицы менее, чем примерно 500 нм в диаметре.

21. Способ по п.15, в котором соединение щелочного металла представляет собой коллоидный силикат щелочного металла.

22. Способ по п.21, в котором коллоидный силикат щелочного металла имеет щелочной металл, т.е. K, Cs или их комбинацию.

23. Способ по п.22, в котором щелочной металл представляет собой K.

24. Способ по п.15, в котором соединение щелочного металла представляет собой глину.

25. Способ по п.15, в котором пористое керамическое тело имеет оксидную фазу на, по меньшей мере, части поверхности керамики пористой керамики, в которой такая поверхностная фаза состоит из Si, Al или их комбинации и, по существу, свободна от щелочного металла.

26. Способ по п.25, в котором пористая керамика представляет собой кордиерит, муллит, карбид кремния или их комбинацию.

27. Способ по п.26, в котором пористая керамика представляет собой муллит или кордиерит или их комбинацию.

28. Способ по п.27, в котором пористая керамика представляет собой муллит.

29. Способ по п.28, в котором муллит представляет собой игольчатый муллит.

30. Каталитический фильтр сажи по п.3, в котором щелочной металл представляет собой Cs.

31. Способ по п.17, в котором щелочной металл представляет собой Cs.

Адсорбционно-каталитический фильтр

Очиститель воздуха Xiaomi Mi Air Purifier 2

На рис. 1 показана схема адсорбционно-каталитического фильтра для обезвреживания некоторых токсичных органических веществ (аминов, гидразина и его производных). Шихта представляет собой алюмосиликатный меднохромовый адсорбент-катализатор. Масса шихты в аппарате 50 кг, что позволяет задерживать в зависимости от условий фильтрации 5-10 кг токсичных веществ, например, метилового спирта, формальдегида и др.; максимальная температура при окислении кислородом воздуха достигает 530 °С. Фильтр представляет собой корпус 14 с коаксиально размещенной в нем кассетой 3,, содержащей центральный вводной перфорированный трубопровод 8, который соединен с газоподводящим трубопроводом 7, имеющем на наружной поверхности прорези 10, охватываемые металлической сеткой 6. На образующей 17 цилиндрической кассеты 3 выполнены отверстия 16, армированные металлической сеткой 13. Газоотводящий трубопровод 12 размещен в донной части корпуса 14. Корпус 14 защищен теплоизолирующим слоем 2 и имеет съемный кожух 1. В верхней части фильтра находится штуцер 5 для засыпки или ссыпки адсорбента-катализатора. Кассета 3 монтируется съемной относительно корпуса 14.

На стадий адсорбции обезвреживаемый газ по центральному перфорированному трубопроводу 8 через прорези 10 поступает в слой адсорбента-катализатора цилиндрической кассеты 3 и очищается от вредных примесей. Ферма центрального перфорированного трубопровода 8 с прорезями 10 и кольцевое расположение адсорбента обеспечивают максимальную подачу газа при больших его скоростях и эффективную стадию адсорбции, так как скорость газа между зернами все время убывает и через отверстия 16 очищаемый газ уходит с минимальной скоростью.

Стадия регенерации шихты адсорбционно-каталитического фильтра осуществляется подачей по газоподводящему трубопроводу 7 окислительного (либо восстановительного) газа, который, реагируя с сорбированным токсичным веществом, восстанавливает сорбционную емкость фильтра.

Рис. 1. Адсорбционно-каталитический фильтр:

1 — кожух ; 2 — теплоизоляция; 3 — кассета; 4 — адсорбент-катализатор; 5 — штуцер для засыпки шихты; 6 — металлическая сетка; 7 — газоподводящий трубопровод; 8 — перфорированный трубопровод; 9 -крышка кожуха; 10 — прорези; 11 — заглушка; 12 — выходной трубопровод; 13 — металлическая сетка; 14 — корпус; 15 — внешняя поверхность кассеты; 16 — отверстия; 17 — образующая кассеты

адсорбер летучий растворитель

Повышение температуры шихты во время регенерации вызывает частичную, около 1-3%, десорбцию токсичного вещества и вынос его из фильтра. Поэтому установки с подобными фильтрами снабжают дополнительным проточно-каталитическим фильтром, на котором доокисляются вынесенные из адсорбционно-каталитического фильтра токсичные вещества.

На рис. 2 показана схема такого дополнительного проточно-каталитического фильтра, обеспечивающего доочистку газовых сред, выходящих из адсорбционно-каталитического аппарата. Шихта этого фильтра также представляет собой алюмосиликатный медно-хромовый адсорбент-катализатор, но его масса на порядок меньше, чем масса шихты основного аппарата. Конфузорная 11, цилиндрическая 7 и дифузорная 9 части аппарата разделены сетками 1. На электроизоляции 5 корпуса 2, ограниченного снаружи герметичной камерой 6 с теплоизоляцией 12, имеется устройство 10 для подогрева шихты, например электронагревательная спираль 8. Кроме того, в конфузорной части 11 имеется распределительное газовое устройство 3, соединенное с газоподводящим трубопроводом 4.

Новый старый фотокатализатор

Очиститель воздуха для астматиков и аллергиков

Ключевые слова:
диоксид титана, фотокатализ

Опубликовал(а):
Гудилин Евгений Алексеевич

19 декабря 2010

Синтез наночастиц для топливных элементов или эффективное преобразование соединений азота в экологичные или высокоэнергетические соединения требует разработки новых, высокоэффективных фотокатализаторов. В частности в качестве таких катализаторов консорциум из китайских, французких и немецких ученых предлагает композиционные материалы на основе полиоксометаллатов (POM) с коллоидным диоксидом титана. Фотокаталитическая активность полиоксометалатов обычно сходна с полупроводниками, ввиду похожих процессов перехода электрона (переход через запрещенную зону для полупроводника и преход HOMO-LUMO в полиоксометалатах). Известно, что многие полиоксометалаты усиливают фотокаталитическую активность диоксида титана посредством обратимого захвата электрона POMом, что приводит к подавлению рекомбинации заряда. В своей работе ученые предлагают новые соединения на основе кобальт- и никельзамещенных POM, проявляющие фотокаталитическую активность при воздействии солнечного света. Соединение K₁₀Na₁₂[{Co₃(B-β-SiW₉O₃₃(OH))(B-β-SiW₈O₂₉(OH)₂)}₂] • 49H₂O было обозначено как 1, K₂₀[{B-β-SiW₉O₃₃(OH))(B-β-SiW₈O₂₉(OH)₂)Co₃(H₂O)}₂Co(H₂O)₂] • 47H₂O как 2, Na₁₇[Ni₆-As₃W₂₄O₉₄(H₂O)₂] • 54H₂O как 3, а H₃PW₁₂O₄₀ как PW₁₂и было использовано для сравнения(Рис. 1).

Сначала измерялось спектроэлектрохимическое восстановление соединения 1 с помощью UV-vis-NIR спектрометра. Электролиз с помощью расходуемого электрода при разности потенциало -160мВ(относительно стандартного каломельного электрода) привело к поглощению, приблизительно, 2 Фарадей/моль. При изменении разности потенциалов до -330мВ было поглощено ещё 2 Фарадей/моль (рис. 2). Затем авторы изучили фотовосстановление соединений 1, 2, 3, иPW₁₂(рис.3), используя 2-пропанол или поливиниловый спирт в качестве донора электронов. Видно, что фоточувствительность полиоксометаллатов убывает в ряду 1 > 2 >PW12 > 3, что не соответствует последовательности разности потенциалов между POM и стандартным каломельным электродом, которая убывает в ряду (0.030 В, PW12) > (0.120 В, 1 и 2)[(0.545 В, 3). Авторы статьи предполагают, что это несоответствие может быть объяснено другими важными параметрами, например, силой взаимодействия между POM и 2-пропанолом. Более того, размер полиоксометалата и влияние центров кобальта в 1 и 2 способствует увеличению области абсорбции полиоксометалата в видимой части спектра. Таким образом, получается что фотовосстановление в 1 и 2 происходит заметно быстрее, чем в PW₁₂, даже несмотря на меньший потенциал.

Затем авторы статьи провели фотовосстановление композиционных материалов на основе POM и коллоидным диоксидом титана (рис. 4). Отмечается, что фотовосстановление 3 с диоксидом титана (3@TiO₂) происходит в 8 раз эффективнее, чем фотовосстановление 3. Этот факт, по мнению авторов, подчеркивает то, что именно композитам POM@TiO₂ суждено занять ключевые посты в процессах фотосенсибилизированного переноса заряда.

Наконец, авторы испытали (рис. 5) фотокаталитическую активность полученных композитов на известном красителе Acid orange 7 (AO7). АО7, с одной стороны, является исключительно токсичным, а с другой стороны широко применяется в процессах изготовления бумаги, в текстильной, дубильной и пищевой промышленности, а также при создании косметических материалов. На рис 4 видно, что разложение АО7 без POM происходит крайне медленно (за 8 минут лишь на 16%), в то время как в присутствии 1@TiO2 за 8 минут наблюдается полное разложение АО7

Важно отметить, что такое быстрое разложение АО7 было достигнуто в воде, из которой был удален воздух, в то время как в воде, в которую был «закачан» кислород, результаты заметно скромнее и составляют 82% за 20 минут

Тем не менее, в данной статье авторы убедительно показали синергизм фотокаталитических свойств полиоксометалатов и диоксида титана. При различных условиях при облучении солнечным светом 1@TiO₂ или 2@TiO₂ демонстрировали фотокаталитическую активность в 1,6 – 2 раза выше, чем в случае чистых 1 или 2.

Комментарии

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

Автомобильный очиститель-ионизатор воздуха

Ð§Ð°ÑÑÑ Ð±ÐµÑÐ¾Ð½Ð½Ð¾Ð³Ð¾ ÑÐ°ÑÐ°Ð´Ð°

Формула изобретения

1. ZnS-фотокатализатор для получения водорода следующей формулы: Pt(x)/ZnS, в которой x обозначает содержание Pt в этом фотокатализаторе в массовых процентах, находящееся в интервале 0,05-2,50; M обозначает промотор, являющийся элементом, выбранным из группы, включающей V, Cr, Mo, Mn, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Cu, Al и Ga; y обозначает М/(М+Zn) в мольных процентах в интервале 0,01-20,00.

2. ZnS-фотокатализатор по п.1, отличающийся тем, что М выбран из группы, включающей V, Cr, Mo, Mn, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Cu, Al и Ga.

3. Способ приготовления ZnS-фотокатализатора для получения водорода по п. 1, включающий растворение Zn-содержащего соединения и M-содержащего соединения в воде таким образом, чтобы значение М/(М+Zn), выраженное в мольных процентах, находилось в интервале 0,01-20, добавление в раствор при перемешивании Н₂S или Na₂S в качестве реагента в количестве, достаточном для осаждения Zn S, промывку образовавшегося осадка водой до тех пор, пока рН промывной воды не достигнет 7, вакуумную сушку промытого осадка в атмосфере (токе) азота, добавление к ZnS жидкого Pt-содержащего соединения в количестве, достаточном для пропитки ZnS количеством, составляющим от примерно 0,05 до 2,50 мас. % Pt, в сочетании с обработкой УФ-излучением в азотной атмосфере, промывку пропитанного Pt ZnS водой до тех пор, пока рН промывной воды не достигнет 7, обработку промытого и пропитанного ZnS вакуумной сушкой и последующие окислительное спекание при 280-420oС в течение 1-3 ч и восстановительное спекание спеченного таким образом продукта при 280-420oС в течение 1-3 ч.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что М выбран из группы, включающей V, Cr, Mo, Mn, Re, Ru, Os, Rh, Ir, Cu, Al и Ga.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что M-содержащее соединение выбрано из группы, включающей VCl₃, VOSO₄, VOCl₃, K₂Cr₂O₇, Cr(NO₃)₃, MnF₃, ReCl₃, MoCl₅, FeCl₃, Fe(NO₃)₃, RuCl₃, Co(NO₃)₂, CoCl₂, Co(CH₃COO)₂, RhCl₃, Rh(NO₃)₃, IrCl₃, Ni(NO₃)₂, NiCl₂, Pd(NO₃)₂, CuCl₂, Cu(NO₃)₂, CuSO₄, Al(NO₃)₃, AlCl₃, Ga(NO₃)₂ и H₃PO₂.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вакуумную сушку проводят при температуре 100-120oС в течение 1-3 ч.

7. Способ получения водорода, который включает обработку с перемешиванием водной суспензии фотокатализатора УФ-излучением или излучением в видимой области спектра и в котором водная суспензия включает 0,15-0,40 мол.% Na₂S в качестве донора электронов и 0,2-0,5 мол.% Na H₂PO₂ в качестве восстановителя, отличающийся тем, что используют фотокатализатор по п.1.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что его осуществляют при температуре 10-60oС под вакуумом или давлением до 2 атм.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что облучение осуществляют с помощью УФ-излучения.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве УФ-излучения используют излучение ртутной лампы высокого давления мощностью 450 Вт, как источник излучения, который помещают на расстоянии 4 см от облучаемой суспензии фотокатализатора.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в качестве излучения в видимой области спектра используют излучение ксеноновой лампы мощностью 500 Вт с оптическим фильтром, который пропускает свет с длиной волны более 400 нм, как источник излучения, который помещают на расстоянии 4 см от облучаемой суспензии фотокатализатора.

MM4A — Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.03.2006

Извещение опубликовано: 10.01.2008 БИ: 01/2008

Фотокатализатор

Как уже указывалось выше, вопрос о роли хлорофилла в фотосинтезе будет рассмотрен нами в главе XIX; пока мы будем пользоваться схемами и символами X и Z там, где в оригинальных работах может стоять СЫ — хлорофилл. Однако мы сохраним допущение, что тот же самый катализатор, который в окисленной форме участвует в фотоокислении воды, в восстановленной форме участвует в восстановлении двуокиси углерода. Менее специфичным предположением было бы считать фотоокисление и фоторедукцию отделенными друг от друга неизвестным числом промежуточных окислительно-восстановительных катализаторов. Другими словами, мы предполагаем, что только один из промежуточных катализаторов, X, Y или Z, является фотокатализатором ( фиг.

Однако если продуктами реакции являются газообразные молекулы водорода и кислорода, то для разложения воды необходимо затратить только 58 ккал, что соответствует длине волны 500 нм. Эта величина близка к значению энергетического максимума световых волн солнечного излучения, падающего на землю. Вода, однако, прозрачна в видимой области спектра ( 340 — 800 нм) и не поглощает солнечной энергии. Однако водород и кислород в момент выделения очень реакционнсспособны, в особенности если оба они образуются одновременно в одном и том же месте. Поэтому даже в том случае, когда фотокатализатор поглощает вполне достаточное количество энергии, не было замечено образования Н2 и 02 в гомогенном растворе.

Фотохимическое разложение можно распространить в сторону длинных волн, применяя твердые сенсибилизаторы, например окись цинка и хлористое серебро. Вода, содержащая кислород, встряхивалась с хлористым цинком в течение 10 — 15 час. Таким образом, окислителем являлся, вероятно, молекулярный кислород. Активным светом является ближний ультрафиолет ( абсорбционная граница для ZnO у 380 мр), и, невидимому, окись цинка действует, как истинный фотокатализатор, способствуя реакции (4.7), но не участвуя в ней.

Развитие идей фотоэлектрохимии на поверхности раздела раствор — полупроводник связано с измельченными полупроводниковыми частицами. Порошки TiO2 в смеси с платиной, нанесенные на поверхность, оказались особенно эффективными. Каждая частица может рассматриваться как фотоэлектрохимический элемент с замкнутой цепью, соединяющей полупроводниковый и противоэлектроды. Обрисованные выше в общих чертах основные принципы остаются применимыми, несмотря на то, что внешняя электрическая цепь отсутствует. Хотя расстояние между анодом и катодом существенно меньше, чем в обычных электрохимических элементах, продукты реакций переноса заряда остаются разделенными, что невозможно в гомогенных процессах, когда оба противоположных продукта образуются в одной и той же клетке раствора. В отдельных случаях в качестве фотокатализатора могут действовать чистые порошки полупроводника без примеси металла. Выходы продуктов обычно получаются относительно низкими из-за кинетических ограничений и необходимости применять полупроводниковые материалы с большой шириной запрещенной зоны, которые неэффективно используют солнечный спектр. Возможно, следует придерживаться стратегии природного фотосинтеза, делая энергетические потери полезными путем использования двух фотонов низкой энергии для переноса одного электрона.

Точнее говоря, возбужденное состояние возникает в результате перехода электрона из наиболее заселенного низшего колебательного энергетического уровня основного состояния на более высокий энергетический уровень. Так как перешедший электрон стремится возвратиться обратно в основное состояние, в течение короткого времени происходит сбрасывание энергии возбуждения. В определенных случаях эта энергия рассеивается в виде тепла в результате безызлучательных переходов между энергетическими уровнями. Энергия возбуждения может также высвободиться в виде кванта света, при этом наблюдается явление флуоресценции или фосфоресценции. Кроме этого, энергия возбуждения может превратиться в химическую, приводя к диссоциации, внутримолекулярной перегруппировке, окислительно-восстановительным процессам с соседними молекулами или другим реакциям. Поглощенная энергия может также передаваться другой молекуле, которая в результате такого процесса переноса становится возбужденной и претерпевает затем фотофизические и фотохимические превращения. В процессе переноса молекулы, возбужденные светом, выступают в качестве фотосенсибилизаторов или фотокатализаторов, которые смещают спектральную чувствительность фотохимической и фотофизической реакции в более длинноволновую часть спектра.