一种除臭杀菌设备及其净化气体的方法和应用

1.本发明属于废气处理领域，具体涉及一种除臭杀菌设备及其净化气体的方法和应用。


背景技术：

2.恶臭气体的存在会对人体呼吸、内分泌及神经系统等造成不同程度的毒害，生活中，因为恶臭气体种类繁多，来源广泛而难以控制和治理；且有研究表明,恶臭物质即使去除90％，人的嗅觉所感觉到的臭气浓度却只能减少一半,这导致防治恶臭更加困难，因此，恶臭气体的防治是当下亟待解决的问题之一。
3.公厕中的恶臭气体主要含有硫化氢、甲硫醇、氨、甲胺、吲哚、粪臭素等，除了氨、硫化氢外其他成分属于低沸点的挥发性有机物(vocs)。目前治理恶臭气体的方法主要有生物法(齐国庆等.生物洗涤+生物滴滤组合工艺处理炼油污水场恶臭气体工程设计[j].环境工程,2013,31(1):56-58,76；黄玉杰等.微生物除臭剂在畜禽粪便无害化处理中的应用进展[j].当代畜牧,2017(09):53-57)、低温等离子法(王建明等.等离子体技术在恶臭净化中的应用[j].能源环境保护,2005(04):33-35+46)、光催化氧化法(洪伟等.光催化氧化法治理恶臭污染的工程应用[j].环境工程,2002(06):40-42+4；姜良华等.光催化氧化技术在粪便无害化处理场除臭系统改造中的应用[j].环境卫生工程,2019,27(03):89-92)、吸附法(活性炭吸附(牟桂芝等.活性炭吸附法治理含甲硫醇恶臭气体[j].石油化工环境保护,2004(03):42-45)、分子筛吸附(汪威等.铜离子交换的13x分子筛脱除硫醇的特性研究[j].石油与天然气化工,2010,39(01):28-31+96-97)等)以及联合技术法(例如：低温等离子-生物法(李华琴等.低温等离子体-生物法处理硫化氢气体研究[j].环境科学,2014,35(04):1256-1262；黄建东等.粪渣恶臭气体除臭系统的中试研究[j].环境卫生工程,2008(01):1-4)、活性炭吸附-光催化氧化法(刘松华等.光氧催化+活性炭吸附工艺应用于含异味有机废气的处理[j].污染防治技术,2015,28(2):37-38；张庆冬等.吸附光催化氧化处理甲苯恶臭气体的研究[j].现代化工,2010,30(10):63-64)等。
[0004]
其中，生物法除臭主要是应用于无害化处理的旱厕，固液分离后，固体物利用微生物作用除臭，通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化，使目标污染物被有效分解去除，以达到去除恶臭气体的目的；而生物过滤法则存在实际应用条件苛刻(ph、温度等)等问题，很难实现推广应用。低温等离子体技术是空气强力杀菌净化除臭技术，通过高能粒子间相互碰撞发生系列物理化学反应,而将污染物降解的方法，其包括两个关键过程：一是将恶臭气体收集后通过等离子体技术设备集中处理；二则是将等离子体等活性组分释放到空间内与恶臭分子作用进行降解；该方法虽然处理量较大，但仅适用于低浓度恶臭气体治理。光催化氧化法是利用半导体为催化剂，高能uv紫外线光束照射恶臭气体,使恶臭气体的分子链断裂，臭氧及羟基自由基对被裂解的小分子物质进一步氧化，使恶臭气体转化为低分子无臭无害化合物，如h2o、co2、无机离子等低分子物质；该方法跟低温等离子法应用方式相近，适用于低浓度恶臭气体的治理，但是易产生二次污染物及反应中间体，催化剂易中毒
失活。进一步地，光催化氧化技术以及等离子技术等在实际应用于高浓度恶臭公厕时短时间内除臭效果不明显，长时间运行将释放大量反应中间产物、臭氧等二次污染物，达不到国家的排放标准。活性炭吸附法则是将恶臭气体进行物理吸附后再进行后续的脱附及处理。单一的治理方法均具有各自的优缺点，因此均不能经济、高效、环保地去除恶臭气体。故研究人员尝试采用联合技术法，试图通过方法联用实现优缺互补。比如上述活性炭吸附-光催化氧化法的结合，活性炭可以通过氧化物的负载改性来增加催化活性位点以及小分子(氨、三甲胺、硫化氢等)的吸附量(梁永庆等.舰船厕所恶臭污染物治理方法[j].舰船科学技术,2017,39(15):146-150)，改性活性炭还可以吸附光催化氧化反应产生的反应中间体；即吸附与催化氧化协同作用增加了处理量且提高了恶臭气体的净化效率。然而活性炭吸附恶臭气体存在抗湿能力差，吸附能力有限，频繁更换活性炭网增加了使用成本，且活性炭高温水汽再生时容易着火，存在安全隐患。
[0005]
因而，通过合适的联用方法，以提供一种能够适用于净化高浓度恶臭公厕、且除臭明显、净化效率高的设备成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

[0006]
为了改善上述技术问题，本发明提供了一种除臭杀菌设备，其至少包括第一光催化模块和光热催化模块；
[0007]
所述第一光催化模块包括第一光源和第一催化剂，所述第一光源包括紫外灯，所述第一催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂；
[0008]
所述光热催化模块包括第二光源和第二催化剂，所述第二光源包括红外灯，所述第二催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂。
[0009]
根据本发明的实施方案，所述第一光源包括不同波长的紫外灯管。例如，所述第一光源包括至少一个双波段紫外灯管和至少一个单波段紫外灯管，或者包括至少两个不同波长的单波段紫外灯管。示例性地，所述第一光源包括两个紫外灯管：185nm/254nm的双波段灯管和254nm的单波段灯管；或者，所述第一光源包括三个紫外灯管：185nm/254nm的双波段灯管、254nm的单波段灯管和185nm的单波段灯管。
[0010]
根据本发明的实施方案，所述泡沫陶瓷为泡沫陶瓷片。优选地，所述泡沫陶瓷的材质为碳化硅。
[0011]
根据本发明的实施方案，所述第一催化剂选自fe2o
3-tio2/ag-tio2/al2o3/sic，例如16.85％fe2o
3-tio2/5％ag-tio2/al2o3/sic。
[0012]
根据本发明的实施方案，所述红外灯选用红外灯管。优选地，所述第二光源为至少两根红外灯管组成的红外灯管阵列。
[0013]
根据本发明的实施方案，所述第二催化剂选自负载贵金属的ceo
2-mno
x
催化剂，优选为负载贵金属pt的ceo
2-mno
x
催化剂，示例性为1.0％pt/18.56％ceo
2-33.28％mno
x
/sic。
[0014]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括第二光催化模块。其中，所述第二光催化模块包括第一光源和第三催化剂，所述第三催化剂选自zsm-5分子筛型催化剂。
[0015]
根据本发明的实施方案，所述第三催化剂的载体为泡沫陶瓷，所述泡沫陶瓷具有如上文所述的含义。例如，所述第三催化剂选自(ag-tio2)/tio
2-zsm-5/sic，示例性为0.5％(5％ag-tio2)/20％tio
2-70.5％zsm-5/sic。
[0016]
根据本发明的实施方案，所述第一光催化模块和光热催化模块还可以包括光源固定夹板，用于固定所述催化模块内的光源。
[0017]
根据本发明的实施方案，所述第一光催化模块和光热催化模块还可以包括催化剂层卡托槽，用于固定支撑所述催化剂层。催化剂通过硅溶胶粘结剂涂覆至碳化硅(sic)载体上，通过硅溶胶干燥后形成的硅氧键(si-o键)将催化剂之间及载体碳化硅(sic)粘结起来，再将催化剂层放入催化剂层卡托槽里面支撑起来；催化剂层的规格与催化剂层卡托槽匹配。
[0018]
其中，硅溶胶粘结剂的固液百分比为24.59％左右，涂覆的硅溶胶粘结剂采用fsh-2a型可调高速均质机搅拌均匀后再进行涂覆，浸渍涂覆的次数4次为最佳。
[0019]
根据本发明的实施方案，对所述第一光催化模块、光热催化模块和第二光催化模块的排列顺序不做特别限定；例如，进入设备的气体接触催化模块的先后顺序可以为：第一光催化模块、光热催化模块、第二光催化模块；或者，光热催化模块、第一光催化模块；或者光热催化模块、第一光催化模块、第二光催化模块；或者光热催化模块、第二光催化模块、第一光催化模块；或者第二光催化模块、光热催化模块、第一光催化模块等。
[0020]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括臭味源气体收集模块，用于收集臭味源气体，尤其是用于收集公厕中含有的高浓度臭味气体。
[0021]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括进风口，用于向设备内引入收集到的臭味源气体、或者引入收集到的臭味源气体和新风。其中，新风的引入用于实现气体在设备中的内循环，增加室内气体流动性。
[0022]
根据本发明的实施方案，所述设备还可以包括气体过滤模块，用于对臭味源气体和/或新风进行初级过滤，优选初级和中级过滤。其中，所述初级过滤采用无纺布滤料，初步过滤掉≥5μm粗粉尘及异物；中级过滤采用聚酯纤维滤料和无纺布滤料，进一步过滤≥5μm的粗尘及异物。
[0023]
根据本发明的实施方案，所述设备还可以包括除臭氧模块，所述除臭氧模块用于催化分解经上述催化模块处理的气体中的臭氧。
[0024]
根据本发明的实施方案，所述除臭氧模块包括除臭氧催化剂及其除臭氧催化剂载体，所述除臭氧催化剂载体包括陶瓷蜂窝块体或金属蜂窝网，用于装载除臭氧催化剂。例如，所述除臭氧催化剂选自ag/mno
x
催化剂，优选为n(ag):n(mn)＝1:40的ag/mno
x
催化剂。例如，所述除臭氧催化剂的形态根据载体而定，可以为颗粒状或柱状。
[0025]
根据本发明的实施方案，所述设备还可以包括尾气降温模块，尾气降温模块包括绕流挡板和离心风机，用于降低尾气温度至接近室温温度(约30-40℃)。优选地，所述绕流挡板和离心风机的材质为金属材质；所述绕流挡板设置在位于最后面的催化模块之后，用于增加气体停留时间。
[0026]
根据本发明的实施方案，所述设备还可以包括尾气净化模块，用于对经上述催化模块、或者上述催化模块和除臭氧模块处理得到的尾气进行净化。
[0027]
根据本发明的实施方案，对上述尾气降温模块和尾气净化模块不做特别限定，此两个模块可以选用本领域已知结构的模块。
[0028]
根据本发明的实施方案，所述尾气净化模块可以包括第一尾气净化模块和第二尾气净化模块。
[0029]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括风机。例如，所述风机设置在臭味源气体收集模块和气体过滤模块之间或者设置在除臭氧模块与尾气净化模块之间，或者设置在第一尾气净化模块和第二尾气净化模块之间。
[0030]
根据本发明的实施方案，所述过滤模块、第一光催化模块、光热催化模块、任选存在或不存在的第二光催化模块、以及任选存在或不存在的除臭氧催化模块、绕流挡板设置在设备内的同一个区域，记为区域a。
[0031]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括区域b，所述尾气净化模块设置在区域b内。优选地，所述区域b与区域a叠放设置，中间设置隔板，在隔板与绕流挡板区接触处允许气体通过，隔板其他区域不允许气体通过。
[0032]
根据本发明的实施方案，所述设备还包括壳体，上述各模块设置在所述壳体内。
[0033]
根据本发明的实施方案，上述各模块还包括模块支撑板，所述模块支撑板与壳体连接，用于固定各个模块。
[0034]
本发明还提供采用上述除臭杀菌设备净化气体的方法，包括如下步骤：将臭味源收集到的气体送入所述除臭杀菌设备中，对所述气体进行至少一次光催化、光热催化的处理。
[0035]
例如，所述气体可以经过第一光催化模块和光热催化模块的处理。
[0036]
又如，可以对所述气体进行两次光催化和光热催化处理。即所述气体可以经过第一光催化模块、第二光催化模块和光热催化模块的处理。其中，第二光催化模块中同时进行吸附/催化处理。
[0037]
根据本发明的实施方案，所述方法还包括：对上述光催化和光热催化处理后的气体进行除臭氧。优选地，所述除臭氧在除臭氧模块中进行。
[0038]
根据本发明的实施方案，所述方法还包括：对上述光催化和光热催化处理后的气体或者除臭氧后的气体进行尾气净化。优选地，所述尾气净化在尾气净化模块中进行。
[0039]
根据本发明的实施方案，所述臭味源可以为厕所，例如为公厕，具体地，所述臭味源为粪便和/或尿液。
[0040]
根据本发明的实施方案，所述臭味源气体中含有氨气、硫化氢和多硫化物。例如，所述多硫化物包括羰基硫、乙硫醇、硫化氢、甲硫醚、二甲二硫醚、二乙基硫醚、甲硫醇、二硫化碳中的至少一种。进一步地，所述多硫化物的每一种气体的浓度为400-700mg/m3，例如均为500mg/m3。优选地，所述多硫化物在进样时与空气在不同风量下混合进样，例如所述多硫化物以260ml/min或者1000ml/min的流量与空气混合后，以600m3/h或者1000m3/h风量进样净化处理。
[0041]
根据本发明的实施方案，所述臭味源气体中还可以含有苯系物，例如所述苯系物选自苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、二甲苯中的至少一种。
[0042]
本发明还提供上述设备用于净化恶臭气体的应用，所述恶臭气体即为臭味源收集到的气体(即臭味源气体)。优选用于净化高浓度恶臭气体的应用。优选地，用于净化公厕高浓度恶臭气体的应用。
[0043]
优选地，所述恶臭气体为硫化氢、二甲二硫醚、乙硫醚、乙苯、苯乙烯、二甲苯和氨气中的至少一种。
[0044]
本发明的有益效果
[0045]
本发明将吸附与光催化氧化、光催化、光热催化、光热协同催化结合来将高浓度恶臭气体彻底降解去除及杀灭厕所中常见的细菌、病毒等；光催化组件(包含第一光催化模块和/或第二光催化模块)产生的过多的臭氧则通过光热催化模块以及在余热氛围下经过尾端的绕流挡板以及除臭氧模块达到催化降解臭氧的效果。具体表现在以下几个方面：
[0046]
(1)本发明第一光催化模块以不同波长的紫外灯管结合作为冷光源，结合第一催化剂；光热催化模块采用节能、热转换-传递效果高的红外灯管作为热源，即使在较高风速下也能维持第二催化床层在一定的温度，第二催化剂选自负载贵金属pt的ceo
2-mno
x
催化剂。光热催化模块协同第一光催化模块将恶臭气体彻底降解为二氧化碳和水的同时，还能起到高温杀菌的效果。
[0047]
(2)本发明中第二光催化模块将第三催化剂[ag-tio2(纳米二氧化钛)]与吸附剂(分子筛、活性炭)结合使用，此时体系中吸附、催化氧化反应同时进行，令吸附剂处于不饱和吸附状态，减少或者避免吸附剂的更换，增加经济效益；吸附剂同时能吸附光催化氧化恶臭气体产生的反应中间体及臭氧，增加了净化效果。
[0048]
(3)本发明在催化模块的后面设置除臭氧模块，可以确保臭氧排放量达标且对人体健康不造成威胁。
附图说明
[0049]
图1为实施例1提供的除臭杀菌设备的俯视图；
[0050]
图2为实施例1提供的除臭杀菌设备的主视图；
[0051]
图3为实施例1提供的除臭杀菌设备的左视图；
[0052]
图4为图1中第一光催化模块的结构示意图；
[0053]
图5为图1中光热催化模块的结构示意图；
[0054]
图6为实施例2所述设备净化气体的流程图；
[0055]
图7为实施例3中所述设备净化气体的流程图；
[0056]
图8为实施例4中所述设备净化气体的流程图；
[0057]
图9为氨含量的标准曲线；
[0058]
附图标记：1、进风口；2、初/中级过滤装置；3、第一光催化模块；3
’‑
光催化模块；4、光热催化模块；5、绕流挡板；6、第一尾气净化模块；7、离心风机；8、第二尾气净化模块；9、第一光源；10、第二光源；11、光源固定夹板；12、催化剂层卡托槽；13、模块支撑板。
具体实施方式
[0059]
下文将结合具体实施例对本发明的装置图及其应用方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
[0060]
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0061]
实施例1
[0062]
如图1-5所示的一种应用于公厕光热催化除臭杀菌设备，沿气体流动方向，依次设有进风口1、初/中级过滤装置2、第一光催化模块3、光热催化模块4、绕流挡板5、第一尾气净
化模块6、离心风机7、第二尾气净化模块8和出风口，出风口为常见装置，未在图中表示；
[0063]
设备还包括臭味源气体收集模块，用于收集臭味源气体，尤其是用于收集公厕中含有的高浓度臭味气体。
[0064]
进风口用于向设备内引入收集到的臭味源气体、或者引入收集到的臭味源气体和新风。其中，新风的引入用于实现气体在设备中的内循环。
[0065]
第一光催化模块3包括第一光源9(由不同波长的紫外灯管9构成)和第一催化剂；第一催化剂为16.85％fe2o
3-tio2/5％ag-tio2/al2o3/sic。
[0066]
光热催化模块4包括第二光源10(即红外灯管阵列)和第二催化剂，第二催化剂为1.0％pt/18.56％ceo
2-33.28％mno
x
/sic。
[0067]
绕流挡板5包括多个平行设置的挡板，每个所述挡板上设有气流口。
[0068]
第一光催化模块和光热催化模块还包括光源固定夹板11，用于固定催化模块内的光源。
[0069]
第一光催化模块和光热催化模块还包括催化剂层卡托槽12，用于容纳催化模块内的由催化剂形成的催化剂层。催化剂层卡托槽12的材质为碳化硅材质的泡沫陶瓷片。
[0070]
除臭氧模块包括除臭氧催化剂；除臭氧催化剂为n(ag):n(mn)＝1:40的ag/mno
x
催化剂。
[0071]
设备还包括壳体，上述各模块设置在壳体内。
[0072]
上述各模块还包括模块支撑板13，所述模块支撑板13与壳体连接，用于固定各个模块。
[0073]
第一光催化模块和光热催化模块还包括光源固定夹板11，用于固定催化模块内的光源。
[0074]
第一光催化模块和光热催化模块还包括催化剂层卡托槽12，用于固定支撑催化剂层。
[0075]
初/中级过滤装置用于对臭味源气体和/或新风进行初级过滤。其中，初级过滤采用无纺布滤料，初步过滤掉≥5μm粗粉尘及异物；中级过滤采用聚酯纤维滤料和无纺布滤料，进一步过滤≥5μm的粗尘及异物。
[0076]
实施例2
[0077]
如图6所示，实施例2与实施例1的区别在于，气体收集后，先后经过初/中级过滤装置2、离心风机7、光催化模块3’、光热催化模块4、尾气降温/除臭氧模块、尾气净化模块，排出到室外。
[0078]
除臭氧模块用于催化分解经上述催化模块处理的气体中的臭氧。除臭氧模块包括除臭氧催化剂及其除臭氧催化剂载体，除臭氧催化剂载体包括陶瓷蜂窝块体或金属蜂窝网，用于装载除臭氧催化剂。除臭氧催化剂为n(ag):n(mn)＝1:40的ag/mno
x
催化剂；除臭氧催化剂的形态根据载体而定，为颗粒状或柱状。
[0079]
实施例3
[0080]
如图7所示，实施例3与实施例1的区别在于，气体经初/中级过滤装置后先后经过光热催化模块、光催化模块，尾气降温/除臭氧模块、离心风机(散热)、尾气净化模块，排出到室外。
[0081]
光催化模块包括第一光催化模块和第二光催化模块。
[0082]
第二光催化模块包括第一光源和第三催化剂，第三催化剂选自zsm-5分子筛型催化剂。第三催化剂为0.5％(5％ag-tio2)/20％tio
2-70.5％zsm-5/sic。
[0083]
尾气净化模块用于对经上述催化模块和除臭氧模块处理得到的尾气进行净化。尾气净化模块包括第一尾气净化模块和第二尾气净化模块。
[0084]
实施例4
[0085]
如图8所示，实施例4与实施例2的区别在于，设备包括新风入口，可实现气体内、外循环相互结合，气体经初/中级过滤装置后依次经过光催化模块、光热催化模块、尾气降温/除臭氧模块、离心风机(散热)、尾气净化模块。
[0086]
光催化模块包括第一光催化模块和第二光催化模块。
[0087]
第二光催化模块具有如上述所述的含义。
[0088]
尾气降温模块包括绕流挡板和离心风机，用于降低尾气温度至接近室温温度(约30-40℃)。绕流挡板和离心风机的材质为金属材质；绕流挡板设置在位于最后面的催化模块之后，用于增加气体停留时间。
[0089]
尾气净化模块用于对经上述催化模块和除臭氧模块处理得到的尾气进行净化。尾气净化模块包括第一尾气净化模块和第二尾气净化模块。
[0090]
实施例5
[0091]
实施例5与实施例1的区别在于，在第一光催化模块和光热催化模块之间设置第二光催化模块，第二光催化模块包括第一光源和第三催化剂。
[0092]
第一催化剂：16.85％fe2o
3-tio2/5％ag-tio2/al2o3/sic；
[0093]
第三催化剂：0.5％(5％ag-tio2)/20％tio
2-70.5％zsm-5/sic；
[0094]
第二催化剂：1.0％pt/18.56％ceo
2-33.28％mno
x
/sic；
[0095]
除臭氧催化剂：ag/mnox，其中n(ag):n(mn)＝1:40。
[0096]
应用例1
[0097]
将实施例5中的设备用于不同风量下、不同臭味源的嗅评测试，装置中各模块的排列方式和测试结果如表1、表2、表3和表4所示。
[0098]
其中，表1、表2、表3和表4中，“光一”代指第一光催化模块，“光二”代指第二光催化模块；“光热”代指光热催化模块。
[0099]
表1中气流总的风量为300m3/h，多硫化物标气(即多硫化物标准气体)包含羰基硫、乙硫醇、硫化氢、甲硫醚、二甲二硫醚、二乙基硫醚(又称乙硫醚)、甲硫醇、二硫化碳，且各气体的浓度均为500mg/m3，输出流量为260ml/min。
[0100]
表1
[0101][0102]
表2为在测试空间为25-30m2内测试内循环除臭效果。
[0103]
表2中的臭味源为人类粪便、尿液。光源组件及顺序均为光一
→
光二
→
光热。
[0104]
表2
[0105][0106][0107]
由表2可知：在风量为1000m3/h时，测试结果无异味，因为内循环除臭时，单位时间内风量增大即增大了单位时间内室内空气净化处理量，增加了室内空气流动性，增加了净化效果。
[0108]
表3、表4的去除率测试采用国标法，即均采用苏码罐采样技术，预浓缩系统与gc-ms联用，测定空气中的甲硫醇、甲硫醚等多硫化物以及挥发性有机物(详细测试方法参见[1]钱蜀,郭重华,张渝,袁桦蔚.空气预浓缩气相色谱质谱法测定空气中的甲硫醇、甲硫醚[a]；[2]国家环境保护恶臭污染控制重点实验室.《恶臭污染管理与防治技术进展》[c]；[3]国家环境保护恶臭污染控制重点实验室:国家环境保护恶臭污染控制重点实验室,2009:6.)。此方法操作简单，无需前处理。通过gc-ms的选择离子技术进行分析，精密度和准确度都达到要求，且灵敏度高，其检出限为0.06
×
10-3
mg/m3和0.2
×
10-3
mg/m3，应用于实际应用结果较理想。
[0109]
表3中a去除率％的计算中，采用的光一条件为，具有2组串联的紫外灯同时发光，一组紫外灯具有双波长185/254nm；另外一组紫外灯波长为254nm。
[0110]
b去除率％的计算中，采用的光一条件为，具有3组串联的紫外灯同时发光，第一组紫外灯具有双波长185/254nm；第二组紫外灯波长为254nm；第三组紫外灯波长为185nm。
[0111]
v(进气体积)＝400ml；c0＝0.1mg/m3；先取仪器检测给出的气体体积平均值后计算
实际浓度(mg/m3)；根据物质的量(n)守恒原则进行计算得出实际含量(mg)，具体计算方式如下。
[0112]
空白含量的计算方式为：(空白含量也称之为初始含量)
[0113]
c(空白含量)＝(0.1mg/m3*v(空白平均值))/400ml
[0114]
净化后含量的计算方式为：
[0115]
c(净化后含量)＝(0.1mg/m3*v(净化平均值))/400ml
[0116]
去除率％＝(空白含量-净化后含量)/空白含量％。
[0117]
例如，表4中二硫化碳的空白含量：c(含量)＝(0.1mg/m3*418.1ml(平均值))/400ml＝0.1mg/m3。
[0118]
表3
[0119][0120]
其中，表3中的0是指检测值低于仪器的灵敏度的数值，未测出相应的数值，以0替代。净化率为负数的用
“‑”
表示。
[0121]
其中，二甲苯1指代两个甲基为邻位的二甲苯；二甲苯2指代两个甲基为对位的二甲苯。
[0122]
表4中为高浓度多硫化物标气净化效果：(v标气＝1000ml/min)
[0123]
表4中进样口前端空白为初始浓度(以mg/m3计量)。
[0124]
光一中具有2组串联的紫外灯，一组波长为254nm；一组紫外灯具有双波长185/254nm，同时发光。
[0125]
气体风量为600m3/h。
[0126]
编号18-600-kba和18-600-kbb均代表在600m3/h的风量下的空白样品。
[0127]
编号18-600-5和18-600-6的测试条件为：在600m3/h风量下，采用光一和光二；
[0128]
光一：具有2组串联的紫外灯同时发光，一组紫外灯具有双波长185/254nm；另外一组紫外灯波长为254nm。
[0129]
光二(4灯)：具有4组串联的紫外灯同时发光，两组紫外灯均具有双波长185/254nm；另外两组紫外灯波长均为254nm。
[0130]
表4
[0131][0132]
其中，表4中的0是指检测值低于仪器的灵敏度的数值，未测出相应的数值，以0替代。净化率为负数的用
“‑”
表示。
[0133]
其中，二甲苯1指代两个甲基为邻位的二甲苯；二甲苯2指代两个甲基为对位的二甲苯。
[0134]
检查项目：氨
[0135]
氨气的去除率
[0136]
(1)采用国标法(gb/t14668-93)计算去除率的方法：纳氏试剂分光光度法测定nh3含量，以此确定本发明对氨气的去除率。
[0137]
表5
[0138]
样品id氨含量μg吸光度stand00100.086stand00220.122stand00360.182stand004100.236stand005200.397stand006300.552stand007400.697
[0139]
采样体积45l，氨标准曲线由表5和图9可知。
[0140]
表6为人类尿液持续挥发实时去除率的计算方法：
[0141]
表6中，样品1和样品2均指代未处理的初始气体。样品3和样品4均指代依次经第一光催化模块、第二光催化模块和光热催化模块净化2分钟后室内再引进新风3分钟，如此循环90分钟内室内的气体。样品5和样品6均指代依次经实施例5设备的第一光催化模块、第二光催化模块和光热催化模块净化90分钟内的气体。
[0142]
对所述第一光催化模块、光热催化模块和第二光催化模块的排列顺序不作限定，但样品3-6的排列顺序均相同。
[0143]
表6
[0144][0145][0146]
表1-表6的结果表示，以新鲜猪粪或者人类粪便为高浓度臭味源，经处理后的恶臭气体在尾气端嗅闻不到恶臭气味及臭氧味(嗅评结果)，即本发明的技术方案在实验室阶段以及实际厕所测试运行阶段均能在较短时间内[净化时间根据处理初始浓度的增加而增加，实验阶段均能在10min以内将20-30m2的密闭空间内高浓度的恶臭气体净化(备注：臭味源持续挥发恶臭气体)，且在高温光热反应催化下加速光催化产生的臭氧的自我分解，臭氧的排放低于嗅评值；厕所的空气达到人体感官舒适度要求；以多硫化物标气为臭味源(羰基硫、甲硫醇、硫化氢等)利用预浓缩-gcms法进行表征分析，并计算去除率，表1-表4、表6中实验结果显示：本发明在实验及实际应用中对高浓度的厕所中常见的恶臭气体净化效果高且净化所需时间较短，对于较低浓度的氨气处理效果也较佳。
[0147]
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种除臭杀菌设备，其特征在于，所述除臭杀菌设备至少包括第一光催化模块和光热催化模块；所述第一光催化模块包括第一光源和第一催化剂，所述第一光源包括紫外灯，所述第一催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂；所述光热催化模块包括第二光源和第二催化剂，所述第二光源包括红外灯，所述第二催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一光源包括不同波长的紫外灯管。例如，所述第一光源包括至少一个双波段紫外灯管和至少一个单波段紫外灯管，或者包括至少两个不同波长的单波段紫外灯管。优选地，所述第一光源包括两个紫外灯管：185nm/254nm的双波段灯管和254nm的单波段灯管；或者，所述第一光源包括三个紫外灯管：185nm/254nm的双波段灯管、254nm的单波段灯管和185nm的单波段灯管。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述泡沫陶瓷为泡沫陶瓷片。优选地，所述泡沫陶瓷的材质为碳化硅。优选地，所述第一催化剂选自fe2o
3-tio2/ag-tio2/al2o3/sic，例如16.85％fe2o
3-tio2/5％ag-tio2/al2o3/sic。优选地，所述红外灯选用红外灯管。优选地，所述第二光源为至少两根红外灯管组成的红外灯管阵列。优选地，所述第二催化剂选自负载贵金属的ceo
2-mno
x
催化剂，优选为负载贵金属pt的ceo
2-mno
x
催化剂，更优选为1.0％pt/18.56％ceo
2-33.28％mno
x
/sic。4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括第二光催化模块。其中，所述第二光催化模块包括第一光源和第三催化剂，所述第三催化剂选自zsm-5分子筛型催化剂。优选地，所述第三催化剂的载体为泡沫陶瓷。优选地，所述第三催化剂选自(ag-tio2)/tio
2-zsm-5/sic，优选为0.5％(5％ag-tio2)/20％tio
2-70.5％zsm-5/sic。5.根据权利要求1-4任一项所述的设备，其特征在于，所述第一光催化模块和光热催化模块还包括光源固定夹板，用于固定所述催化模块内的光源。优选地，所述第一光催化模块和光热催化模块还可以包括催化剂层卡托槽，用于固定支撑所述催化剂层。优选地，对所述第一光催化模块、光热催化模块和第二光催化模块的排列顺序不做特别限定；例如，进入设备的气体接触催化模块的先后顺序为：第一光催化模块、光热催化模块、第二光催化模块；或者，光热催化模块、第一光催化模块；或者光热催化模块、第一光催化模块、第二光催化模块；或者光热催化模块、第二光催化模块、第一光催化模块；或者第二光催化模块、光热催化模块、第一光催化模块等。6.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括臭味源气体收集模块，用于收集臭味源气体，尤其是用于收集公厕中含有的高浓度臭味气体。优选地，所述设备还包括进风口，用于向设备内引入收集到的臭味源气体、或者引入收集到的臭味源气体和新风。优选地，所述设备还包括气体过滤模块，用于对臭味源气体和/或新风进行初级过滤，优选初级和中级过滤。
优选地，所述设备还包括除臭氧模块，所述除臭氧模块用于催化分解经上述催化模块处理的气体中的臭氧。优选地，所述除臭氧模块包括除臭氧催化剂及其除臭氧催化剂载体，所述除臭氧催化剂载体包括陶瓷蜂窝块体或金属蜂窝网。例如，所述除臭氧催化剂选自ag/mno
x
催化剂，优选为n(ag):n(mn)＝1:40的ag/mno
x
催化剂。优选地，所述设备还包括尾气降温模块，尾气降温模块包括绕流挡板和离心风机，用于降低尾气温度至接近室温。优选地，所述设备还包括尾气净化模块，用于对经上述催化模块、或者上述催化模块和除臭氧模块处理得到的尾气进行净化。优选地，所述过滤模块、第一光催化模块、光热催化模块、任选存在或不存在的第二光催化模块、以及任选存在或不存在的除臭氧催化模块、第二绕流挡板设置在设备内的同一个区域，记为区域a。优选地，所述设备还包括区域b，所述尾气净化模块设置在区域b内。优选地，所述区域b与区域a叠放设置，中间设置隔板，在隔板与第二绕流挡板区接触处允许气体通过，隔板其他区域不允许气体通过。优选地，所述设备还包括壳体，上述各模块设置在所述壳体内。优选地，上述各模块还包括模块支撑板，所述模块支撑板与壳体连接，用于固定各个模块。7.采用权利要求1-6任一项所述除臭杀菌设备净化气体的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将臭味源收集到的气体送入所述除臭杀菌设备中，对所述气体进行至少一次光催化、光热催化的处理。优选地，所述气体可以经过第一光催化模块和光热催化模块的处理。优选地，可以对所述气体进行两次光催化和光热催化处理。即所述气体可以经过第一光催化模块、第二光催化模块和光热催化模块的处理。其中，第二光催化模块中同时进行吸附/催化处理。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对上述光催化和光热催化处理后的气体进行除臭氧。优选地，所述除臭氧在除臭氧模块中进行。优选地，所述方法还包括：对上述光催化和光热催化处理后的气体或者除臭氧后的气体进行尾气净化。优选地，所述尾气净化在尾气净化模块中进行。优选地，所述臭味源可以为厕所，例如为公厕，具体地，所述臭味源为粪便和/或尿液。优选地，所述臭味源气体中含有氨气、硫化氢和多硫化物。例如，所述多硫化物包括羰基硫、乙硫醇、硫化氢、甲硫醚、二甲二硫醚、二乙基硫醚、甲硫醇、二硫化碳中的至少一种。进一步地，所述多硫化物的每一种气体的浓度为400-700mg/m3。优选地，所述臭味源气体中还含有苯系物，例如所述苯系物选自苯、甲苯、乙苯、苯乙烯、二甲苯中的至少一种。9.权利要求1-6任一项所述设备用于净化恶臭气体的应用，所述恶臭气体即为臭味源收集到的气体(即臭味源气体)。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述设别用于净化高浓度恶臭气体的应用。优选地，用于净化公厕高浓度恶臭气体的应用。优选地，所述恶臭气体为硫化氢、二甲二硫醚、乙硫醚、乙苯、苯乙烯、二甲苯、氨气中的
至少一种。

技术总结
本发明公开一种除臭杀菌设备及其净化气体的方法和应用。所述除臭杀菌设备至少包括第一光催化模块和光热催化模块；所述第一光催化模块包括第一光源和第一催化剂，所述第一光源包括紫外灯，所述第一催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂；所述光热催化模块包括第二光源和第二催化剂，所述第二光源包括红外灯，所述第二催化剂选自以泡沫陶瓷为载体的催化剂。本发明将吸附与光催化氧化、光催化、光热催化、光热协同催化结合来将高浓度恶臭气体彻底降解去除及杀灭厕所中常见的细菌、病毒等。病毒等。病毒等。


技术研发人员：贾宏鹏 李晓兰
受保护的技术使用者：中国科学院城市环境研究所
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25