CN102794039A

CN102794039A - 混合型催化剂过滤器及其制造方法和空调机

Info

Publication number: CN102794039A
Application number: CN2012101666805A
Authority: CN
Inventors: 金智勇; 朴来垠; 金正明
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2012-11-28
Also published as: JP2012245515A; US20140271375A1; KR20120131639A; US20120301363A1

Abstract

本发明提供了一种混合型催化剂过滤器、一种用于制造其的制造方法和一种空调机，所述混合型催化剂过滤器具有各种孔径，因而提高了催化剂的效率。所述方法包括：将纳米纤维进行纺纱；加热所述纳米纤维；将所述纳米纤维压碎，以形成碎片型纳米纤维；将所述碎片型纳米纤维与颗粒催化剂混合，以获得混合型催化剂；以及加热所述混合型催化剂。

Description

混合型催化剂过滤器及其制造方法和空调机

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于提高催化剂的效率的混合型催化剂过滤器和一种制造该混合型催化剂过滤器的方法。

背景技术

催化剂去除并降解存在于空气或水中的污染物。目前，提出了使用光催化剂净化空气的方法。光催化剂是指与光反应的一种半导体陶瓷，因此用作催化剂。

使用二氧化钛(TiO₂)作为典型的光催化剂。当照射光时，二氧化钛吸收紫外光，从而产生电子和空穴。这些电子和空穴分别具有强还原力和强氧化力。具体地说，空穴与水和溶解的氧等发生，从而产生OH自由基和活性氧。结果，OH自由基能量比构成有机体的分子的结合能高，因而能够通过简单的切断进行降解。出于此原因，二氧化钛用于包含在空气中的各种物质(包括有毒化学物质和恶臭物质)的环境清除以及这些物质的降解和毒性去除以及污染物的降解。

然而，这些催化剂以颗粒方式提供，从而具有有限的尺寸，因而不利地导致依赖于待去除目标的效率的极大差异。

另外，由于过小的孔径，导致催化剂扩散到催化剂层中的速率过低，因而不利地是恶臭物质的快速降解是不可能的。

发明内容

因此，本公开的一方面在于提供一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法和一种通过所述方法制造的混合型催化剂过滤器，所述混合型催化剂过滤器具有不同的孔径，因此可以吸收各种气体。

另外，本公开的另一方面在于提供一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法和一种通过所述方法制造的混合型催化剂过滤器，在所述混合型催化剂过滤器中，混合了纳米纤维、颗粒催化剂和碎片型催化剂(在下文中称作“混合型催化剂”)，并且内孔的分布是随机的和多样化的。

附加方面将部分地在下面的描述中进行说明，并部分地根据该描述将是明显的，或者可以由本发明的实施而明了。

根据一方面，一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法包括：将纳米纤维进行纺纱；加热所述纳米纤维；将所述纳米纤维压碎，以形成碎片型纳米纤维；将所述碎片型纳米纤维与颗粒催化剂混合，以获得混合型催化剂；以及加热所述混合型催化剂。

所述方法还可以包括：将所述混合型催化剂涂覆在过滤器支撑件上。

所述颗粒催化剂可以是TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、ZrO₂或CdS。

所述方法还可以包括：在加热之后，将所述混合型催化剂进行加热，以去除杂质，并激活所述颗粒催化剂。

所述纳米纤维可以通过溶液纺纱或熔纺来进行纺纱。

所述过滤器支撑件可以是用于支撑所述纳米纤维的物质，选自于多孔基板、不锈钢、玻璃板、金属、陶瓷、有机聚合物和木材。

可以通过延长加热时间来增大所述颗粒催化剂的尺寸。

可以通过缩短加热时间来减小所述颗粒催化剂的尺寸。

所述颗粒催化剂可具有不同的尺寸，可以从所述纳米纤维的表面朝外部布置具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂。

根据另一方面，一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法包括：将纳米纤维在过滤器支撑件上进行纺纱；使所述纳米纤维透入到所述过滤器支撑件中；利用颗粒催化剂涂覆透入到所述过滤器支撑件中的纳米纤维，以获得混合型催化剂；以及加热所述混合型催化剂。

可以使用喷水器或空气喷射器来执行使所述纳米纤维透入到所述过滤器支撑件中的步骤。

可以通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸。

根据另一方面，一种混合型催化剂过滤器包括：纳米纤维；以及具有不同尺寸的颗粒催化剂，吸附到所述纳米纤维上。

所述纳米纤维可以是单纤维或碎片型催化剂。

可以通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸。

根据另一方面，一种混合型催化剂过滤器包括：纳米纤维；以及具有不同尺寸的颗粒催化剂，吸附到所述纳米纤维上，其中，所述颗粒催化剂是TiO₂。

可以通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸，具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂可布置为使得具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂从所述纳米纤维的表面朝外部分散。

可以在不需要单独结合的情况下制备所述颗粒催化剂。

根据本发明的另一方面，一种空调机包括：主体，设置有至少一个进口；通风装置，设置在所述主体中，以引入外部空气；以及混合型催化剂过滤器，包括纳米纤维和吸附到所述纳米纤维上的具有不同尺寸的颗粒催化剂，以净化通过所述通风装置供给的空气。

可以布置所述颗粒催化剂以使具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂从所述纳米纤维的表面朝外部分散。

附图说明

通过结合附图的实施例的以下描述，本发明的这些和/或其它方面将变得明显和更易于理解，其中：

图1是示出根据本发明一个实施例的混合型催化剂过滤器的示意图；

图2是图1的部分“A”的放大图；

图3A至图3F是示出根据本发明实施例的用于制造混合型催化剂过滤器的方法的示意图；

图4A至图4E是示出根据本发明实施例的用于制造混合型催化剂过滤器的方法的示意图；

图5是示出根据本发明实施例的混合型催化剂过滤器的示意图；

图6是示出根据本发明实施例的混合型催化剂过滤器的示意图；

图7A至图7D是示出根据本发明实施例的用于制造混合型催化剂过滤器的方法的示意图；

图8是示出根据本发明实施例的设置有混合型催化剂过滤器的空调机的示意图。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的实施例，在附图中示出了本发明的实施例的示例，在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

如图1至图2所示，混合型催化剂1包括多根纳米纤维2和多个颗粒催化剂3。

纳米纤维2是直径为几十至几百纳米(nm)的微纤维，并且由于其每单位体积的大表面积而用作过滤器。

然而，仅包括纳米纤维2的结构层由于相当高的过滤阻力和大直径而具有大幅度减小的透光率，因而不利地导致光离解效率的劣化。

颗粒催化剂3是光催化剂半导体，颗粒催化剂3的示例包括TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、ZrO₂、CdS等。其中，使用二氧化钛(Titan，TiO₂，锐钛矿类型)。

二氧化钛光催化剂是吸收紫外光的n型半导体，从而当向二氧化钛光催化剂照射光时，二氧化钛催化剂产生电子和空穴。这些电子和空穴分别具有强还原力和强氧化力。

具体地说，空穴与水、溶解的氧等反应，从而产生OH自由基和活性氧。结果，OH自由基能量比构成有机体的分子的结合能高，因而能够通过简单的裂解进行降解。因此可适用于包含在空气中的有害化学品和恶臭物质以及各种环境修复领域(包括空气中的化学物质的降解和有害去除以及污染物的降解)。

基于此原理，空气中的污染物被分解，因而转化为无害的水和碳酸气体。因为二氧化钛光催化剂使用n型半导体功能，所以二氧化钛光催化剂通常被称作“半导体光催化剂”。

然而，颗粒催化剂3具有几十至几百纳米的直径，因此具有过小的晶体尺寸和小孔径。因此，颗粒催化剂3展现出气体向催化剂层中的低速率的扩散。另外，由于小孔径，颗粒催化剂3不利地基于待去除目标物质而具有效率差异。

因此，实施例提供了包含混合型催化剂1的混合型催化剂过滤器1′及其制造方法，在混合型催化剂1中，纳米纤维2与颗粒催化剂3混合，以提供各种孔径。

混合型催化剂1具有颗粒催化剂3被吸附到纳米纤维2的表面上的结构。通过将晶体尺寸为几十纳米至几百纳米的纳米纤维2与晶体尺寸为几个纳米至几十纳米的颗粒催化剂3混合，可以实现各种孔径，因此可以去除各种污染物气体。

如图3A至图3F所示，根据实施例的用于制造混合型催化剂1的方法包括：1)将纳米纤维进行纺纱；2)加热纳米纤维；3)将纳米纤维压碎，以形成碎片型(chip-type)纳米纤维；4)将碎片型纳米纤维与颗粒催化剂混合，以获得混合型催化剂；5)加热混合型催化剂。

首先，将纳米纤维2在传送带11上进行纺纱，以防止纳米纤维2的分散(图3A)。

此时，纺纱机10优选地为溶液纺纱机(solution spinner)或熔纺机(meltspinner)。

将纺纱后的纳米纤维2在加热器12中加热，并在压碎机13中压碎成碎片形状(图3B和图3C)。将加热后的纳米纤维2进行脱水，因此纳米纤维2转变为干燥的碎片。将碎片型压碎的纳米纤维2与颗粒催化剂3混合并加热，从而形成混合型催化剂1。

在过滤器支撑件20上涂覆如此形成的混合型催化剂1，以形成混合型催化剂过滤器1′。

此时，过滤器支撑件20优选地为支撑纳米纤维2的物质，过滤器支撑件20的优选示例包括多孔基板、不锈钢、玻璃板、金属、陶瓷、有机聚合物和木材。

另外，该方法还可以包括将在加热工艺之后获得的混合型催化剂1加热，以去除在混合型催化剂1中存在的杂质，并激活颗粒催化剂3。

在加热之后，颗粒催化剂3的内部可以转变为锐钛矿结构，颗粒催化剂3的外部可以转变为金红石或板钛矿结构。

锐钛矿和金红石颗粒催化剂能够用作光催化剂，尽管它们依赖结晶结构和折射系数。

锐钛矿属于三角晶系，并且是尖锐的锥形晶体，有时是平板形晶体。

另外，金红石属于三角晶系，并且是棒形或针形晶体。

另外，板钛矿是平板形罕见的锥形晶体。

颗粒催化剂3优选地以锐钛矿和另一结构(例如，金红石)的组合方式使用，而不是仅单独地使用锐钛矿。

当将光照射到颗粒催化剂(即，二氧化钛)时，颗粒催化剂裂解成电子和空穴。与空穴分开的电子再次结合到空穴。此时，随着重新结合被进一步延迟，OH自由基的量增多。此原因是，因为从空穴产生OH自由基，所以当电子空穴被电子再次占用时，OH自由基的产生停止。

这样，当金红石结构接触锐钛矿结构时，金红石结构接收从锐钛矿空穴分离的空穴，因此延长了锐钛矿空穴的存在时间。

因此，随着OH自由基的量增多，包括有害化学物质和恶臭物质在内的各种化学物质的降解以及包含在空气中的污染物的降解被激活。结果，当颗粒催化剂3由锐钛矿和诸如金红石的其它结构的组合组成时，与当颗粒催化剂3由100％锐钛矿组成时相比，颗粒催化剂3展现出高出大约20％的效率。

可以通过调节加热器12的加热时间来控制颗粒催化剂3的尺寸(直径)。

即，可以通过缩短加热时间来减小颗粒催化剂3的尺寸，相反，可以通过延长加热时间来增大颗粒催化剂3的尺寸。

此时，当颗粒催化剂3的加热时间增加时，发生颗粒之间的复合，从而增大了颗粒的尺寸。

在400的温度下在1小时、2小时和4小时的不同时间测量颗粒催化剂3的尺寸，在下面的表1中示出了如此获得的结果。

表1

从上面的表1可以看出，颗粒催化剂3可具有不同的尺寸。通过将具有不同尺寸的颗粒催化剂3与纳米纤维2混合，也可以形成混合型催化剂1。

当颗粒催化剂3被吸附到纳米纤维2的表面上时，具有不同尺寸的颗粒催化剂3布置成使得具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂3从纳米纤维2的表面朝外部分散。

例如，颗粒催化剂3具有不同的尺寸，例如5nm(3a)、8nm(3b)和25nm(3c)，5nm(3a)、8nm(3b)和25nm(3c)的颗粒催化剂以此顺序从纳米纤维2的表面朝外部布置(图5)。

当具有不同尺寸的颗粒催化剂3与纳米纤维2形成混合型催化剂1时，孔的尺寸可以是多样化的。因此，各种气体可以因而被去除，可以提高扩散到催化剂中的气味的速率，并因此可以提高净化效率。

如图4A至图4E所示，根据本发明实施例的用于制造混合型催化剂过滤器1′的方法包括：1)将纳米纤维在过滤器支撑件上进行纺纱；2)使纳米纤维透入到过滤器支撑件中；3)用颗粒催化剂涂覆透入到过滤器支撑件中的纳米纤维，以获得混合型催化剂；4)加热混合型催化剂。

过滤器支撑件20优选地是在纳米纤维2没有分散的情况下用来支撑纳米纤维2的物质，过滤器支撑件20的优选示例包括多孔基板、不锈钢、玻璃板、金属、陶瓷、有机聚合物和木材。

使纺纱后的纳米纤维2透入到过滤器支撑件20中，然后用颗粒催化剂3进行涂覆，从而获得混合型催化剂1(图4D)。

优选地使用喷水器15或空气喷射器或者通过吹气来执行纳米纤维2向过滤器支撑件20中的透入。

使用喷水器或空气喷射器将水或空气以高压喷射到纺纱后的纳米纤维2上，以切断纳米纤维2，并使纳米纤维2透入到过滤器支撑件20中(图4C)。

此时，纳米纤维2优选地为单纤维或碎片型催化剂。

使用加热器12来加热如此获得的含有过滤器支撑件20、纳米纤维2和颗粒催化剂3的混合型催化剂，以将颗粒催化剂3激活(图4E)。

此时，可以通过控制颗粒催化剂3的加热时间来控制颗粒催化剂3的尺寸(直径)。颗粒催化剂3的尺寸的变化与如在表1中描述的相同，因此省略了与结合其的实施例相关的描述及其详细解释。

因此，如图5所示，可以形成各种孔径，可以去除各种气体，因此通过使用具有各种尺寸的颗粒催化剂3来制备混合型催化剂过滤器，可以提高净化效率。

如图6所示，根据本发明实施例的混合型催化剂过滤器1′包括过滤器支撑件20和吸附到过滤器支撑件20上的具有各种尺寸的多个颗粒催化剂3。

颗粒催化剂3优选地为TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、ZrO₂或CdS，并且通常为TiO₂。

吸附到纳米纤维2的表面上的颗粒催化剂3布置为使得具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂3从纳米纤维2的表面朝外部分散。

例如，颗粒催化剂3具有诸如5nm(3a)、8nm(3b)和25nm(3c)的不同尺寸，5nm(3a)、8nm(3b)和25nm(3c)的颗粒催化剂以此顺序从纳米纤维2的表面朝外部布置。

因此，纳米(nm)级的颗粒催化剂3布置在颗粒催化剂层中，从而提高了吸附。

另外，具有各种尺寸的孔以此顺序形成，因此可以去除各种类型的气体。

如图7A至图7D所示，根据本发明实施例的用于制造混合型催化剂过滤器1′的方法包括：1)将具有各种尺寸的颗粒催化剂分散在水中，从而通过吸引力聚集颗粒催化剂；2)加热聚集的颗粒催化剂、将催化剂压碎，随后将催化剂涂覆在过滤器支撑件上。

分散的颗粒催化剂3(3a、3b、3c，在下文中用标号“3”表示)在溶剂或纯水W中通过吸引力聚集，从而未引起pH的变化。

通过沉淀、浸渍、水热合成、溶胶-凝胶、等离子体或溅射方法来使颗粒催化剂3聚集，并使用至少两种工艺条件和时间将颗粒催化剂3施加到过滤器支撑件20。

聚集的颗粒催化剂3具有未具体限定的各种形状(图7A)。

将聚集的颗粒催化剂3在加热器12中加热，并压碎到预定的尺寸。

此时，压碎的颗粒催化剂3具有相同的体积，但具有不同的形状。此原因在于，没有按照特定的规则执行颗粒催化剂3的聚集。

将压碎成特定尺寸的颗粒催化剂3涂覆到过滤器支撑件20上。

因此，具有不同尺寸的颗粒催化剂3以各种形式吸附在过滤器支撑件20上，并可以通过各种孔径去除各种气体。

如图8所示，根据本发明的一个实施例的空调机100包括设置有进口102的主体101、设置在主体101中的通风装置110和用于净化通过通风装置110供给的空气的过滤器120。

进口102设置在主体101中，以引入室内空气。主体101在其顶部处设置有出口103，以将穿过主体101的空气排出到室内。

过滤器120设置在进口102的内部，以将在主体101中吸附的空气中存在的外来物过滤出去。

使用包含纳米纤维2和颗粒催化剂3的混合物的混合型催化剂过滤器1′并通过混合型催化剂过滤器1′的制造方法来制造过滤器120，从而向混合型催化剂过滤器1′赋予该实施例的各种孔径。

混合型催化剂过滤器1′及其制造方法与在先前实施例中的相同，因此省略了其详细描述。

因此，设置有混合型催化剂过滤器1′的空调机可以通过具有各种孔径的混合型催化剂过滤器1′去除各种气体，因而展现出优异的空气清洁效果。

根据本公开的实施例，可以吸附各种气体，因而可以通过形成各种孔径获得优异的净化效率。

另外，提高了气体扩散速率和气体吸附速率，因而可以通过这样的各种孔径提高脱臭性能。

虽然已经示出并描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中做出改变，本发明的范围限定在权利要求及其等价物中。

Claims

1.一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法，所述方法包括：

将纳米纤维进行纺纱；

加热所述纳米纤维；

将所述纳米纤维压碎，以形成碎片型纳米纤维；

将所述碎片型纳米纤维与颗粒催化剂混合，以获得混合型催化剂；以及

加热所述混合型催化剂。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

将所述混合型催化剂涂覆在过滤器支撑件上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒催化剂是TiO₂、ZnO、SnO₂、WO₃、ZrO₂或CdS。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

在加热工艺之后，将加热后的混合型催化剂进行加热，以去除杂质，并激活所述颗粒催化剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纳米纤维通过溶液纺纱或熔纺来进行纺纱。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述过滤器支撑件是用于支撑所述纳米纤维的物质，选自于多孔基板、不锈钢、玻璃板、金属、陶瓷、有机聚合物和木材。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过延长加热时间来增大所述颗粒催化剂的尺寸。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过缩短加热时间来减小所述颗粒催化剂的尺寸。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述颗粒催化剂具有不同的尺寸，其中，从所述纳米纤维的表面朝外部布置具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述颗粒催化剂在溶剂或纯水中通过吸引力聚集。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述颗粒催化剂通过沉淀、浸渍、水热合成、溶胶-凝胶、等离子体或溅射方法中的至少一种聚集。

12.根据权利要求2所述的方法，其中，使用至少两种工艺条件和时间将所述颗粒催化剂施加到所述过滤器支撑件。

13.一种用于制造混合型催化剂过滤器的方法，所述方法包括：

将纳米纤维在过滤器支撑件上进行纺纱；

使所述纳米纤维透入到所述过滤器支撑件中；

利用颗粒催化剂涂覆透入到所述过滤器支撑件中的纳米纤维，以获得混合型催化剂；以及

加热所述混合型催化剂。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，使用喷水器或空气喷射器来执行使所述纳米纤维透入到所述过滤器支撑件中的步骤。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述颗粒催化剂具有不同的尺寸，其中，从所述纳米纤维的表面朝外部布置具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述颗粒催化剂在溶剂或纯水中通过吸引力聚集。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述颗粒催化剂通过沉淀、浸渍、水热合成、溶胶-凝胶、等离子体或溅射方法中的至少一种聚集。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，使用至少两种工艺条件和时间将所述颗粒催化剂施加到所述过滤器支撑件。

20.一种混合型催化剂过滤器，所述混合型催化剂过滤器包括：

纳米纤维；以及

具有不同尺寸的颗粒催化剂，吸附在所述纳米纤维上。

21.根据权利要求20所述的混合型催化剂过滤器，其中，所述纳米纤维是单纤维或碎片型催化剂。

22.根据权利要求20所述的混合型催化剂过滤器，其中，通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸。

23.根据权利要求21所述的混合型催化剂过滤器，其中，所述颗粒催化剂具有不同的尺寸，其中，从所述纳米纤维的表面朝外部布置具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂。

24.一种混合型催化剂过滤器，所述混合型催化剂过滤器包括：

纳米纤维；以及

具有不同尺寸的颗粒催化剂，吸附到所述纳米纤维上，

其中，所述颗粒催化剂是TiO₂。

25.根据权利要求24所述的混合型催化剂过滤器，其中，通过控制加热时间来控制所述颗粒催化剂的尺寸，具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂布置为使得具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂从所述纳米纤维的表面朝外部分散。

26.根据权利要求24所述的混合型催化剂过滤器，其中，在不需要单独结合的情况下制备所述颗粒催化剂。

27.一种空调机，所述空调机包括：

主体，设置有至少一个进口；

通风装置，设置在所述主体中，以引入室内空气；以及

混合型催化剂过滤器，包括纳米纤维和吸附到所述纳米纤维上的具有不同尺寸的颗粒催化剂，以净化通过所述通风装置供给的空气。

28.根据权利要求27所述的空调机，其中，布置所述颗粒催化剂，以使具有较大的颗粒尺寸的颗粒催化剂从所述纳米纤维的表面朝外部分散。