基于紫外LED的便攜式光觸媒空氣凈化裝置的研究與設計

郭立宇 杜威 王洋

摘要：橡膠的硫化過程中會產生一些有毒有害的氣體，目前某工廠已經采用了新風排氣的空氣凈化系統，但是在硫化工作間里仍會有一些氣味殘留。針對硫化產生氣體的殘留問題，作者設計了一種基于紫外LED的便攜式光觸媒空氣凈化裝置，并對所設計裝置的凈化效果進行了測試，結果表明所設計的空氣凈化裝置有很好的空氣凈化效果。該裝置體積小、能耗低、可方便的放置到工作間的任何角落，具有非常高的實用價值。

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.

關鍵詞：橡膠硫化;紫外光;光觸媒;空氣凈化

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

中圖分類號：TQ635.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0225-02

0 ?引言

光觸媒（photocatalyst）是光（photo=light）與觸媒（catalyst）的合成詞，是一種以二氧化鈦為代表的具有光催化功能的光半導體材料的總稱。光觸媒具有以下主要功能和特點：①全面性：光觸媒可以有效地降解甲醛、硫化氫、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物，并具有高效廣譜的消毒性能，能將細菌或真菌釋放出的毒素分解及無害化處理;②持續性：在反應過程中，光觸媒本身不會發生變化和損耗，在光的照射下可以持續不斷的凈化污染物，具有時間持久、持續作用的優點;③安全性：無毒、無害，對人體安全可靠;最終的反應產物為二氧化碳、水和其他無害物質，不會產生二次污染;④高效性：光觸媒利用取之不盡的太陽能等光能就能將擴散了的環境污染物在低濃度狀態下清除凈化。硫化橡膠制品的主要生產工藝：煉膠、壓片、成型、高溫硫化、制品處理、包裝。硫化橡膠的原膠劃分為：天然橡膠、合成橡膠兩大類，其中從加工工藝上又劃分為：乳液橡膠、固體塊狀橡膠、固體粉末橡膠。相同的是都需要加入各種大量的硫化劑、促進劑、抗焦劑、高溫防老化等助劑，經過高溫185℃～195℃硫化后使其交聯固化，變成熱固性橡膠制品。橡膠的硫化過程中采用烘箱半封閉式硫化，雖然經過空氣凈化系統后，劇毒氣體基本上沒有了，但是廠房工作間等狹小空間可能會存在排氣盲區，所以仍然明顯殘留異味。本文針對橡膠硫化中殘余氣體的問題，通過改進傳統的激光光觸媒，設計了一種基于紫外LED的便攜式光觸媒空氣凈化裝置。通過等效實驗測試表明，所設計的空氣凈化裝置有很好的空氣凈化效果，并便于攜帶和安裝，具有良好的應用前景。

1 ?基于紫外LED的便攜式光觸媒空氣凈化裝置的設計

光觸媒需要有特定的激發波長，只有在紫外光（波長<380nm）激發下方能激發其抗菌與去除污染物之作用。研究表明，365nm@0.1mW/cm2的條件下，光觸媒可具有抗菌與去除污染物之作用。自然條件下，中午時分室外日光的紫外光（365nm波長）強度約為2～3mW/cm2，室內靠窗之處約為1mW/cm2左右，距離窗口越遠的地方，紫外光強度越弱。因此采光充分的室內，最適合發揮光觸媒的功能。但在白天遠離窗口的地方或者在無采光的空間，則需加配合適的紫外光源，才能發揮光觸媒的凈化功能。

傳統的光觸媒激發光源主要包括太陽、紫外光燈管、一般的白熾燈、日光燈活節能熒光燈。目前一般的紫外光燈管，如家庭用的捕蚊燈管，可提供紫外光來源，但要避免長期間眼睛直視，否則會對眼睛功能造成慢性傷害。若使用波長更短的紫外光燈管（253nm），如殺菌燈管，則應避免眼睛直視，否則會造成立即性的眼睛腫痛等傷害。當然也可以用一般的白晝光與燈泡色日光燈管或省電燈管（包括螺旋型、U型與電球型），但其主要為可見光，雖然具有微量的紫外光（365nm波長），但其強度在燈管表面才約為0.2mW/cm2左右，當距離燈管表面時，光觸媒之效用將大大降低。