基于紫外LED的便携式光触媒空气净化装置的研究与设计

郭立宇 杜威 王洋

摘要：橡胶的硫化过程中会产生一些有毒有害的气体，目前某工厂已经采用了新风排气的空气净化系统，但是在硫化工作间里仍会有一些气味残留。针对硫化产生气体的残留问题，作者设计了一种基于紫外LED的便携式光触媒空气净化装置，并对所设计装置的净化效果进行了测试，结果表明所设计的空气净化装置有很好的空气净化效果。该装置体积小、能耗低、可方便的放置到工作间的任何角落，具有非常高的实用价值。

Abstract： During the vulcanization of rubber， some toxic and harmful gases will be generated. At present， the factory has adopted a fresh air exhaust air purification system， but there will still be some odor residue in the vulcanization workshop. Aiming at the problem of residual gas generated by sulfidation， the author designed a portable photocatalyst air purification device based on ultraviolet LED， and tested the purification effect of the designed device. The results show that the designed air purification device has a good air purification effect. The device is small in size， low in energy consumption， and can be conveniently placed in any corner of the workshop， and has very high practical value.

关键词：橡胶硫化;紫外光;光触媒;空气净化

Key words： rubber vulcanization;ultraviolet light;photocatalyst;air purification

中图分类号：TQ635.5                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0225-02

0  引言

光触媒（photocatalyst）是光（photo=light）与触媒（catalyst）的合成词，是一种以二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称。光触媒具有以下主要功能和特点：①全面性：光触媒可以有效地降解甲醛、硫化氢、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效广谱的消毒性能，能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理;②持续性：在反应过程中，光触媒本身不会发生变化和损耗，在光的照射下可以持续不断的净化污染物，具有时间持久、持续作用的优点;③安全性：无毒、无害，对人体安全可靠;最终的反应产物为二氧化碳、水和其他无害物质，不会产生二次污染;④高效性：光触媒利用取之不尽的太阳能等光能就能将扩散了的环境污染物在低浓度状态下清除净化。硫化橡胶制品的主要生产工艺：炼胶、压片、成型、高温硫化、制品处理、包装。硫化橡胶的原胶划分为：天然橡胶、合成橡胶两大类，其中从加工工艺上又划分为：乳液橡胶、固体块状橡胶、固体粉末橡胶。相同的是都需要加入各种大量的硫化剂、促进剂、抗焦剂、高温防老化等助剂，经过高温185℃～195℃硫化后使其交联固化，变成热固性橡胶制品。橡胶的硫化过程中采用烘箱半封闭式硫化，虽然经过空气净化系统后，剧毒气体基本上没有了，但是厂房工作间等狭小空间可能会存在排气盲区，所以仍然明显残留异味。本文针对橡胶硫化中残余气体的问题，通过改进传统的激光光触媒，设计了一种基于紫外LED的便携式光触媒空气净化装置。通过等效实验测试表明，所设计的空气净化装置有很好的空气净化效果，并便于携带和安装，具有良好的应用前景。

1  基于紫外LED的便携式光触媒空气净化装置的设计

光触媒需要有特定的激发波长，只有在紫外光（波长<380nm）激发下方能激发其抗菌与去除污染物之作用。研究表明，365nm@0.1mW/cm2的条件下，光触媒可具有抗菌与去除污染物之作用。自然条件下，中午时分室外日光的紫外光（365nm波长）强度约为2～3mW/cm2，室内靠窗之处约为1mW/cm2左右，距离窗口越远的地方，紫外光强度越弱。因此采光充分的室内，最适合发挥光触媒的功能。但在白天远离窗口的地方或者在无采光的空間，则需加配合适的紫外光源，才能发挥光触媒的净化功能。

传统的光触媒激发光源主要包括太阳、紫外光灯管、一般的白炽灯、日光灯活节能荧光灯。目前一般的紫外光灯管，如家庭用的捕蚊灯管，可提供紫外光来源，但要避免长期间眼睛直视，否则会对眼睛功能造成慢性伤害。若使用波长更短的紫外光灯管（253nm），如杀菌灯管，则应避免眼睛直视，否则会造成立即性的眼睛肿痛等伤害。当然也可以用一般的白昼光与灯泡色日光灯管或省电灯管（包括螺旋型、U型与电球型），但其主要为可见光，虽然具有微量的紫外光（365nm波长），但其强度在灯管表面才约为0.2mW/cm2左右，当距离灯管表面时，光触媒之效用将大大降低。