CN103861558A

CN103861558A - 一种含活性炭的空气过滤材料及其生产方法

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Publication number: CN103861558A
Application number: CN201210542067.9A
Authority: CN
Inventors: 马燕男
Original assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Current assignee: Toray Fibers and Textiles Research Laboratories China Co Ltd
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明公开一种含活性炭的空气过滤材料及其生产方法，该过滤材料至少是由上下两层无纺布层及其中间夹持活性炭层构成的，所述活性炭层中含有5重量%以上的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒。本发明的含活性炭的空气过滤材料对酸性、碱性气体及其复合型气体的去除率高，同时仍然能对有机气体保持良好的去除效率的特点，可应用于汽车、家庭用净化器、洁净室等过滤领域。

Description

一种含活性炭的空气过滤材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种含活性炭的空气过滤材料及其生产方法。

背景技术

随着建筑物的密集化、汽车数量的剧增等，导致空气中复合型挥发性有害气体的排出量增加。而目前一般工业生产的夹持活性炭无纺布过滤材料大都吸附率比较低，只能去除有机性气体，如甲苯等，无法有效地吸附酸性或碱性或复合型挥发性有害气体，或部分被吸附的臭气仍停留在活性炭空穴内，即使一段时间后会再脱离出来，也不能被去除。所以一般的过滤材料对于空气中臭气的去除率也不高。

如中国公开专利CN101332385公开了一种两层无纺布之间夹持活性炭颗粒的过滤材料，该过滤材料虽然能够保持对粉尘等固体颗粒物的拦截，但只能去除空气中的最常见的有机气体，无法去除酸性或碱性或复合型挥发性有害气体。

又如特开2007-38091公开了一种空气过滤材料，该过滤材料是由含有附着了化学药品纤维网的化学反应层以及含有物理吸收剂的物理吸收层为一体构成的过滤材料，该过滤材料虽也使用了活性炭，但其活性炭是没有经过任何处理的，无法有效去除酸性或碱性或复合型挥发性有害气体。而且，虽然其滤材是经过磷酸处理过的，但其主要是为了增强阻燃性能，而并不能吸收空气中的有害气体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对酸性、碱性气体及其复合型气体的去除率高，同时仍能对有机气体保持良好的去除效率的含活性炭的空气过滤材料及其生产方法。

本发明的技术解决方案如下：本发明的含活性炭的空气过滤材料至少是由上下两层无纺布层及其中间夹持活性炭层构成的，上述活性炭层中含有5重量%以上的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒。由于活性炭颗粒表面具有丰富的小孔，酸性物质和/或碱性物质分别渗入到活性炭小孔内部，保持相对的独立性，因此酸性物质和碱性物质是不会进行反应的，它们是各自存在于活性炭小孔的内部。从而活性炭颗粒中的酸性物质与臭气中的碱性物质发生中和反应，因此臭气中的碱性气体能有效地被去除；活性炭颗粒中碱性物质与臭气中的酸性物质发生反应，因此臭气中的酸性气体能有效地被去除。如果活性炭层只是由普通的活性炭颗粒构成的话，就只能吸附空气中的有机性气体，如甲苯等，无法有效地吸附酸性或碱性或复合型挥发性有害气体。如果活性炭层中经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒的含量小于5重量%的话，说明未经加工的活性炭颗粒较多，就不能达到吸附酸性或碱性或复合型挥发性有害气体的目的。

本发明空气过滤材料的活性炭层中含有5重量%以上的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒包括如下六种情况：经酸性物质处理过的活性炭颗粒、经碱性物质处理过的活性炭颗粒、经酸性物质和碱性物质同时处理过的活性炭颗粒、未经加工的活性炭颗粒与5重量%以上的经酸性物质处理过的活性炭颗粒的共混物、未经加工的活性炭颗粒与5重量%以上的经碱性物质处理过的活性炭颗粒的共混物、未经加工的活性炭颗粒与5重量%以上的经酸性物质和碱性物质同时处理过的活性炭颗粒的共混物。考虑到除臭的有效性和针对性，上述活性炭层中优选含有5～95重量%的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒。上述上下两层无纺布可以采用熔喷、纺粘、化学粘合等方法所形成的。

本发明的空气过滤材料中活性炭颗粒的平均粒径为100～500μm，如果平均粒径小于100μm时，活性炭颗粒容易从无纺布的空隙中脱落，加工工程较难控制，易造成设备污染等问题，乃至在使用过程中容易形成扬尘，污染空气；如果平均粒径大于500μm，上下两层无纺布就会容易被顶破，从而降低对灰尘的拦截效率。活性炭颗粒的平均粒径优选150～300μm。上述活性炭颗粒可选用椰壳炭、石炭等，考虑到需要比表面积比较大以及丰富的孔的活性炭颗粒，优选椰壳炭。

本发明的空气过滤材料中活性炭层的克重为10～500g/m²，如果活性炭层的克重低于10g/m²，则对臭气的去除能力不强，不能有效地去除臭气；如果活性炭层的克重高于500g/m²，就会增加过滤材料的阻力，同时在加工过程中易造成与上下两层无纺布层粘合不充分，从而发生脱层的现象。活性炭层的克重优选20～200g/m²。

上述活性炭颗粒的比表面积为500～5000m²/g，虽说比表面积越大，对臭气的吸附能力越高，但比表面积过大的话，对活性炭形成的工艺要求就越高，价格也就越高。考虑到活性炭的形成以及成本，活性炭颗粒的比表面积优选800～4000m²/g。

本发明的空气过滤过滤材料对酸碱性气体的去除效率为5～100%。当该过滤材料中含有经酸性物质处理过的活性炭颗粒时，对氨气的去除效率为30～100%；当该过滤材料中含有经碱性物质处理过的活性炭颗粒时，对二氧化氮的去除效率为30～100%，同时对甲苯的去除效率为30～100%。过滤材料对臭气的去除效率不仅与活性炭的添加量有着密切的关系，活性炭的添加量越高，对气体的去除效率越高。而且还与滤材的面积大小以及上流臭气的浓度和风速均有密切的关联。如果在相同面积的滤材上，上流臭气浓度保持不变，风速增大，则臭气的去除效率会降低；反之，风速降低，则臭气的去除效率会增高。如果在相同面积的滤材上，上流风速保持不变，臭气浓度增大，则臭气的去除效率会降低；反之，臭气浓度降低，则臭气的去除效率会增高。如果上流臭气浓度保持不变，风速保持不变，减少过滤材料的面积，则臭气的去除效率会降低；反之，增大过滤材料的面积，则臭气的去除效率会增高。

本发明含活性炭的空气过滤材料的生产方法包括如下步骤：

（1）将酸性药剂和/或碱性药剂通过喷淋的方式喷涂到活性炭颗粒上，或者是将活性炭颗粒浸渍在酸性药剂和/或碱性药剂中，然后在温度为50～150℃下进行干燥处理；

（2）将经步骤（1）处理得到的活性炭颗粒与未经加工的活性炭颗粒按重量比为5～95: 95～5进行混合；

（3）将经步骤（1）处理得到的活性炭颗粒或者是将经步骤（2）共混后得到的活性炭颗粒夹持在两层无纺布中间，最终制得成品。

上述步骤（1）中处理得到的活性炭颗粒是指经酸性物质处理过的活性炭颗粒、经碱性物质处理过的活性炭颗粒、经酸性物质和碱性物质同时处理过的活性炭颗粒；上述步骤（2）中共混后得到的活性炭颗粒是指未经加工的活性炭颗粒与经酸性物质处理过的活性炭颗粒的共混物、未经加工的活性炭颗粒与经碱性物质处理过的活性炭颗粒的共混物、未经加工的活性炭颗粒与经酸性物质和碱性物质同时处理过的活性炭颗粒的共混物。

然后将上述六种情况得到的活性炭颗粒与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上或按照先后顺序将上述两种物质撒在一层无纺布上，然后通过热处理的方法与另一层无纺布进行复合加工，或者贴合后再进行热处理，最后形成夹持活性炭的过滤材料。上述热处理的温度为80～150℃、时间为20～400s。根据需要，也可以将制得的夹持活性炭的过滤材料的上下层再撒上活性炭颗粒，然后再分别复合上一层无纺布，最后形成多层活性炭层的过滤材料。

上述酸性药剂为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸。上述碱性药剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾。

本发明的含活性炭的空气过滤材料不仅具有对酸性、碱性气体及其复合型气体的去除率高的特点，同时仍然能对有机气体保持良好的去除效率的特点，从而使空气得到有效净化。

具体实施方式

通过以下实施例及比较例更加详细地说明本发明，但本发明的保护范围并不限于实施例，实施例中的各物性由以下方法测定。

【臭气去除效率】

将含有臭气的气流按0.1m/s的流速通过尺寸0.1m²的样品，测出通过样品前臭气的含量W1（ppm）,在通气5min时测试出通过样品后的臭气的含量W2（ppm）,按照下面的计算方法得出臭气的去除效率，其计算公式如下：

Figure 2012105420679100002DEST_PATH_IMAGE001

该测试方法适用于对甲苯等有机气体，氨气等碱性气体，二氧化氮等酸性气体。

【活性炭层的克重】

先测出下层无纺布的重量M1（g），然后将活性炭颗粒撒在下层无纺布上，然后测出无纺布及活性炭的重量M2（g），按照下面的计算方法得出活性炭层的克重M（g）：其计算公式如下：M=M2-M1。

实施例1

（1）将硫酸通过喷淋的方式喷涂到活性炭颗粒上，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经硫酸处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为150μm、比表面积为1000～2000m²/g；

（2）将经硫酸处理过的活性炭颗粒直接与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为130℃、时间为2min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为60g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为92%、NO₂的去除效率为5%、甲苯的去除效率为75%。

实施例2

（1）将活性炭颗粒浸渍在磷酸中，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经磷酸处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1000～2000m²/g；

（2）将经磷酸处理过的活性炭颗粒与未经酸碱处理处理过的活性炭颗粒以重量比为70：30共混后，再与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为120℃、时间为3min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为80g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为95%，NO₂的去除效率为8%，甲苯的去除效率为90%。

实施例3

（1）将氢氧化钠通过喷淋的方式喷涂到活性炭颗粒上，然后在温度为80～100℃下进行干燥处理，制得经氢氧化钠处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g；

（2）将经氢氧化钠处理过的活性炭颗粒直接与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为130℃、时间为2min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为60g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为8%，NO₂的去除效率为88%，甲苯的去除效率为82%。

实施例4

（1）将活性炭颗粒浸渍在碳酸钠中，然后在温度为80～100℃下进行干燥处理，制得经碳酸钠处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g；

（2）将经碳酸钠处理过的活性炭颗粒与未经加工的活性炭颗粒以重量比为60：40共混后，再与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为130℃、时间为2min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为60g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为8%，NO₂的去除效率为89%，甲苯的去除效率为82%。

实施例5

（1）将活性炭颗粒浸渍在盐酸中，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经盐酸处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为300μm、比表面积为2300～3500m²/g；

（2）将氢氧化钾通过喷淋的方式喷涂到活性炭颗粒上，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经氢氧化钾处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为300μm、比表面积为2300～3500m²/g；

（3）将经盐酸与氢氧化钾同时处理过的活性炭颗粒与未经加工的活性炭颗粒以重量比为37.5：62.5共混后，再与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为130℃、时间为2min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为80g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为76%，NO₂的去除效率为95%，甲苯的去除效率为92%。

实施例6

（1）将活性炭颗粒浸渍在磷酸中，然后在温度为80～100℃下进行干燥处理，制得经磷酸处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g；

（2）将氢氧化钾通过喷淋的方式喷涂到活性炭颗粒上，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经氢氧化钾处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g；

（3）将经磷酸与氢氧化钾同时处理过的活性炭颗粒与未经加工的活性炭颗粒以重量比为55.5：44.5共混后，再与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为130℃、时间为2.5min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为180g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为92%，NO₂的去除效率为85%，甲苯的去除效率为100%。

实施例7

（1）将活性炭颗粒浸渍在磷酸中，然后在温度为80～90℃下进行干燥处理，制得经磷酸处理过的活性炭颗粒，该活性炭颗粒的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g；

（3）将经磷酸处理过的活性炭颗粒与经氢氧化钾处理过的活性炭颗粒共混后，再与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为120℃、时间为3min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为150g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为99%，NO₂的去除效率为98%，甲苯的去除效率为95%。

比较例1

将未经酸碱处理过的平均粒径为200μm、比表面积为1500～2500m²/g的活性炭颗粒与热熔胶粉混合后撒在一层无纺布上，然后通过温度为120℃、时间为130℃、时间为2min的热处理与另一层无纺布进行复合加工，最后形成含克重为100g/m²活性炭的空气过滤材料，测得该空气过滤材料对氨气的去除效率为7%，NO₂的去除效率为6%，甲苯的去除效率为99%。

Figure 2012105420679100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims

1.一种含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料至少是由上下两层无纺布层及其中间夹持活性炭层构成的，所述活性炭层中含有5重量%以上的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒。

2.根据权利要求1所述的含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：所述活性炭层中含有5～95重量%的经酸性物质和/或碱性物质处理的活性炭颗粒。

3.根据权利要求1或2所述的含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：所述活性炭颗粒的平均粒径为100～500μm。

4.根据权利要求1或2所述的含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：所述活性炭层的克重为10～500g/m²。

5.根据权利要求1或2所述的含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：所述活性炭颗粒的比表面积为500～5000m²/g。

6.根据权利要求1或2所述的含活性炭的空气过滤材料，其特征在于：该过滤材料对酸碱性气体的去除效率为5～100%。

7.一种权利要求1所述的含活性炭的空气过滤材料的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的含活性炭的空气过滤材料的生产方法，其特征在于：所述酸性药剂为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸。

9.根据权利要求7所述的含活性炭的空气过滤材料的生产方法，其特征在于：所述碱性药剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾。