CN104474790A

CN104474790A - 用于空气净化的过滤介质、滤芯以及制备方法

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Publication number: CN104474790A
Application number: CN201410624315.3A
Authority: CN
Inventors: 潘峰; 栾云堂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2034-11-07
Also published as: CN104474790B

Abstract

本发明提供了一种用于空气净化的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：a)将活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉混合，得到混合物，所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～300:100～200:100～200；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对空气中的甲醛去除率高，方法简单，适用于对于空气的净化，免除甲醛等物质对人体产生的伤害。本发明制备得到的过滤介质对于空气中的颗粒物和细菌的去除率高。

Description

用于空气净化的过滤介质、滤芯以及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于空气净化的过滤介质及其制备方法，由该过滤介质构成的滤芯和净化装置。

背景技术

空气污染(又称为大气污染)，按照国际标准化组织(ISO)的定义，“空气污染(大气污染)通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象”。空气污染，即指空气中含有一种或多种污染物，其存在的量、性质及时间会伤害到人类、植物及动物的生命，损害财物，或干扰舒适的生活环境，如臭味的存在。换言之，只要是某一种物质其存在的量、性质及时间足够对人类或其他生物、财物产生影响者，我们就可以称其为空气污染物。尤其是对于装潢来说，甲醛浓度过高是一个普遍存在的问题。因此，空气净化器已经成为人们的普遍需求。

而现有的商场、超市、专卖店以及国内外厂商提供的各种门类的空气净化器。其内部过滤芯多为折叠式微滤膜与活性炭。北京空气净化专业委员会专家指出，经检测，上述80％的空气净化器对于空气中甲醛和颗粒物的净化效果不佳。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种过滤介质及其制备方法，该过滤介质对空气中甲醛去除率高，还可以对空气中颗粒物和细菌的去除率高，并且方法简单。还提供了由这种过滤介质构成的滤芯、净化装置。

本发明提供了一种用于空气净化的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：

a)将活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉混合，得到混合物，所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～300:100～200:100～200；

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

优选的，所述硅藻土为改性硅藻土。

优选的，还包括氢氧化镁粉。

优选的，所述氢氧化镁粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～250:100～300:100～200:100～200。

优选的，还包括浮石粉。

优选的，所述浮石粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为80～150:100～300:100～200:100～200。

本发明提供了由上述制备方法制备得到的用于空气净化的过滤介质。

本发明提供了一种滤芯，由上述权利要求所述的过滤介质构成。

本发明提供了一种净化装置，包括上述权利要求所述的过滤介质或者上述权利要求所述的滤芯。

本发明还提供了一种净化机，包括上述权利要求所述的净水装置。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于空气净化的过滤介质的制备方法，包括以下步骤：a)将活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉混合，得到混合物，所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～300:100～200:100～200；b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对空气中的甲醛去除率高，方法简单，适用于对于空气的净化，免除甲醛等物质对人体产生的伤害。本发明制备得到的过滤介质对于空气中的颗粒物和细菌的去除率高。经检测该过滤介质对空气中甲醛的去除率在87.6％以上，对于细菌的去除率为87.6％以上，对于空气中PM2.5的去除率为97.6％以上、PM1.0的去除率为90.6％以上、PM 0.5的去除率为86.6％以上。

具体实施方式

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

本发明首先将活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉混合，得到混合物，所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～300:100～200:100～200；优选为130～280:120～180:120～180；更优选为150～250:140～160:140～160。

在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根据原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭；所述矿物质原料活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。本发明优选使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭的比表面积优选不低于500m²/g，更优选不低于1000m²/g。活性炭可以高效的吸附水中的有机物、尤其是医用活性炭，作为用过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更大，吸附效果也更好。

活性炭是一种非极性的吸附材料，其孔径分布范围较广，对嗅味、农药与大部分有机污染物有良好的吸附去除效果。但它对极性有机物、易极化的、不饱和分子的吸附效果不好。其吸附是靠其色散力。

在本发明中，分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道互相连接，分子有孔道经过。分子筛粉通过对物质的范德华力的物理吸附，其晶孔内部有很强的极性和库伦场，对极性分子和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。并且分子筛的孔径分布非常均一，只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛晶穴内部。本发明对于分子筛的种类和来源并无限制，沸石分子筛在化学工业中作为固体吸附剂，可用于气体和液体干燥、存化、分离和回收，被其吸附的物质可以解吸，沸石分子筛用后可以再生。孔径介于2nm～50nm的分子筛成为介孔分子筛，孔径介于微孔和大孔之间，具有巨大表面积和三维孔道结构，孔道结构高度有序，孔径单一分布，孔径尺寸可在较宽范围内变化，具有优异的吸附性能和较高的热稳定性。在催化、吸附、分离等领域有广泛的应用价值。中孔分子筛的孔径优选为10nm～50nm，对残留在水中的铅的物理化学吸附作用较好。

沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为Mx/m[(AlO₂)x·(SiO₂)y]·zH₂O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10&Aring；。它具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子，因而被形象地称为"分子筛"。沸石分子筛按其孔或通道体系可分为小孔，中孔和双孔沸石三个组别。小孔沸石的孔口属八元环体系，其最大的自由直径为0.43nm。优选选择林德A(linde A),毛沸石(erionite),菱沸石(chabazite),ZK-5,ZK-4,ZK-21,ZK-22。中孔沸石属十元环体系，其通道开口居于较小的八元环和较大的十二元环之间，最大的自由直径为0.63nm。优选为浊沸石(laumontite)、ZSM-5、ZSM-12、ZSM-23、ZSM-48、ZSM-11。双孔主要是具有两组孔结构，即有十二元和八元环孔口或十元和八元孔口的交联通道。优选为丝光沸石，菱钾沸石(offretite)，林德T，纳菱沸石(gmelnite)，片沸石(heulandite)，或斜法费石(clinoptilolite)，镁碱沸石9ferrierite)，ZSM-35,ZSM-38,辉沸石z9stilbite),环晶石z9dachiardite),柱沸石(epistilbite)。

本发明优选的沸石分子筛为13X沸石分子筛、4a沸石分子筛或5a沸石分子筛。更优选经过改性的沸石分子筛，可以使用氯化铵进行改性。即可以为氯化铵进行改性的13X沸石分子筛、4a沸石分子筛或5a沸石分子筛中的一种。

沸石分子筛这种多孔物质，表面极性强，晶体晶格中有可交换的阳离子，可以高效的去除空气中的极性物质及金属离子。

在本发明中，硅藻土优选为改性硅藻土。硅藻土是含氧化物很高的硅藻、放射虫或海绵的遗体组成，是一种有机成因的矿物，硅藻骨架中的氧化硅类似于蛋白石或含水的氧化硅，在我国主要产于吉林、云南腾冲和浙江省嵊州市。硅藻土具有很强的吸附能力和很大的吸附容量，因为硅藻壳体内具有大量的、有序排列的微孔，从而使硅藻土具有很大的比表面积，其比表面积为3.1～60m²/g，能吸收自身质量3～4倍的杂质。另外，硅藻土的表面及孔内表面分布有大量的硅羟基，硅羟基在水溶液中离解除H+，使其颗粒表现出一定的表面电负性。

硅藻精土是指硅藻土经过选矿，去除粘土、石英砂、碎屑矿物等杂质，使得硅藻品质达到92％以上成为精土。硅藻精土形体内含有1000多个纳米微孔，也是天然的纳米微孔材料，能够吸收超过自身重量3～4倍的物质。硅藻精土对卤乙腈具有很强的吸附能力。此外，作为一种纳米微孔材料，硅藻精土载本发明的过滤介质和滤芯中还起到造孔的作用。

硅藻土的改性方法有几下几种：1)用铝、铁等带正电荷的离子对其进行表面改性；2)加入其它的絮凝剂复合制成改性硅藻土；3)对其进行酸化、灼烧等活化处理。本发明优选采用氯化铁对硅藻土进行改性。具体为：取硅藻土用PH＝0.1的盐酸溶液浸泡。加热煮沸，冷却，抽滤，洗涤至出水为中性，干燥，与马弗炉中在600℃下焙烧、冷却、研磨，过100目筛后，与0.1mol/L的FeCl₃溶液混合，将溶液的pH调至2左右，慢慢升温(10℃/h),在80℃保温2h，静置过夜，洗涤，至出水为中性，干燥，于马弗炉在600℃下焙烧，冷却，研磨，过100目筛，装袋备用；4)盐酸或硫酸酸洗活化；5)低温或高温焙烧活化；如专利US2701240和CN86106871A所记载的改性方法；6)有机物改性法，如专利200410079630.9中记载的采用十六烷基三甲铵(CTMA)、氯化十六烷基吡啶(CPC)及聚丙烯酰胺对硅藻土进行改性的方法。硅藻土经过上述改性处理后，氧化物杂质含量低、二氧化硅含量增高、比表面积和孔容也增大，所以精制硅藻土的载体效果比天然硅藻土更好。

在本发明中，通过上述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的吸附方式和机理更不相同，净化效果也有很大差异，但本发明出人意料的发现，上述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的组合使用，通过三者的相互配合和协同作用，共同使得对于空气中的甲醛等有害物质去除率高，效果好。

在本发明中，优选还包括氢氧化镁粉，所述氢氧化镁粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比优选为为100～250:100～300:100～200:100～200，更优选120～230:120～280:110～180:110～180。

本发明所述氢氧化镁是无色六方柱晶体或白色粉末，难溶于水和醇，溶于稀酸和铵盐溶液，水溶液呈碱性。在水中的溶解度很小，为强电解质。其比表面积大，吸附力强。

在本发明中，所述氢氧化镁粉和上述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉可以相互配合和相互作用，能显著提高对于空气中的甲醛等有害物质去除率高，效果更好。

在本发明中，优选还包括浮石粉，所述浮石粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比优选为80～150:100～300:100～200:100～200，更优选为90～130:130～280:120～180:110～180。

在本发明中，所述浮石粉和上述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉可以相互配合和相互作用，能显著提高对于空气中的甲醛等有害物质去除率高，效果更好。并且上述组分和氢氧化镁粉的协同作用可以进一步提高去除率。

在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。

本发明对于上述制备方法中步骤a)中所用的几种原料进行了较为详尽的描述，在这几种原料的协同加合作用下，空气中的有害物质可以被充分吸附。

在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。

将上述原料混合后，将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

具体为，将混合后的粉体填装入预先设计好的模具中，通过加压将其压实，压力优选不大于2MPa，更优选为0.5～1.5MPa，且与所用模具的材质相适应；模具可以由铝、铸铁、钢或任何适当的能承受相应压力和温度的材料制造。可以在模具内表面涂敷脱模剂，可选用硅氧烷油或任何其他的几乎不会吸附到过滤介质上的市售脱模剂，也可以使用脱模纸。烧结温度为200℃～300℃，烧结时间为120分钟～150分钟，烧结后冷却至40℃～60℃脱模。在此制作过程中，在发明人很多次的试验之后，得出在烧结温度范围在200℃～300℃内制作出的过滤介质，过滤效果更好。

在本发明中，所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉可以是粉末状，也可以加工成球状、柱状或波纹状、折叠状，也可以直接喷涂在无纺布上加工成卷筒状。本发明对此并不进行限定。

本发明在上述原料的协同作用下，制备得到的过滤介质对空气中的甲醛去除率高，方法简单，适用于对于空气的净化，免除甲醛等物质对人体产生的伤害。本发明制备得到的过滤介质对于空气中的颗粒物和细菌的去除率高。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的用于空气净化的过滤介质进行详细描述。

实施例1

(1)称取盐酸改性硅藻土100g；

(2)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(3)称取13X沸石分子筛粉100g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得柱状滤芯。

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

实施例2

(1)称取硅藻土150g；

(2)称取医用活性炭粉200g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(3)称取4a沸石分子筛粉150g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(5)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟；

(6)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得板状滤芯。

制备的滤芯的长为400mm，宽为300mm，厚度为200mm。

实施例3

(1)称取盐酸改性硅藻土200g；

(2)称取医用活性炭粉300g，所述医用活性炭的比表面积为1200m²/g；

(3)称取4a沸石分子筛粉200g；

(4)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

实施例4

(1)称取盐酸改性硅藻土200g；

(3)称取4a沸石分子筛粉200g；

(4)称取氢氧化镁粉180g；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(6)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟；

(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

实施例5

(1)称取盐酸改性硅藻土200g；

(3)称取4a沸石分子筛粉200g；

(4)称取浮石粉120g；

(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

实施例6

(1)称取盐酸改性硅藻土200g；

(3)称取4a沸石分子筛粉200g；

(4)称取氢氧化镁粉180g；

(5)称取浮石粉120g；

(6)将上述五种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(7)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.6MPa的液压压力下压制，在280℃温度下烧结130分钟；

(8)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得滤芯。

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

比较例1

(1)称取医用活性炭粉100g，所述医用活性炭的比表面积为800m²/g；

(2)称取13X沸石分子筛粉100g；

(3)将上述两种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

(4)将混合后的粉末装填入管状模具中，在0.7MPa的液压压力下压制，在260℃温度下烧结120分钟；

(5)自然冷却至50℃然后用硅氧烷铀脱模剂脱模，即得柱状滤芯。

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

比较例2

(1)称取盐酸改性硅藻土100g；

(2)称取13X沸石分子筛粉100g；

(3)将上述两种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

比较例3

(1)称取盐酸改性硅藻土100g；

(3)将上述三种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；

制备的滤芯的直径为400mm，长度为200mm。

实施例7

取实施例1～6以及比较例1～3所得的滤芯，内衬两层无纺布，外包两层无纺布，再在外层裹上聚丙烯多孔网，滤芯两端粘接上连接端盖，放置于不锈钢或塑料框架内，用于空气净化处理。采用以下方法进行实效测试，具体可以为1)在PM2.5的试验中,将样品置于30立方米测试舱内,以香烟烟雾为尘源,将舱内污染物初始浓度控制在(5.0±1.0)mg/立方米范围内,受检样品开启到最大风挡,通过20分钟的测试,得出样品的净化效率；

2)采用GB21551.3-2010对本发明的滤芯的除菌率进行测定；

3)采用WS/T 206光散射法对对本发明的滤芯过滤颗粒物进行测定；

结果如表1、表2和表3所示，为采用本发明实施例1～6以及比较例1～3提供的滤芯对空气处理前后的有害物质的含量。

表1 使用滤芯处理前后空气中甲醛含量，单位：mg/m³

表2 使用滤芯处理前后空气中细菌含量，单位：CFU/m³

表3 使用滤芯处理前后空气中有害物质含量，单位：mg/m³

以上对本发明所提供的用于去除空气中有害物质的过滤介质及其制备方法以及由该过滤介质构成的滤芯进行了详细介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于空气净化的过滤介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

b)将步骤a)所得的混合物在模具中压制、烧结、冷却。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅藻土为改性硅藻土。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括氢氧化镁粉。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化镁粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为100～250:100～300:100～200:100～200。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括浮石粉。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浮石粉与所述活性炭粉、硅藻土、沸石分子筛粉的重量比为80～150:100～300:100～200:100～200。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于空气净化的过滤介质。

8.一种滤芯，其特征在于，由权利要求7所述的过滤介质构成。

9.一种净化装置，其特征在于，包括权利要求7所述的过滤介质或者权利要求8所述的滤芯。

10.一种净化机，其特征在于，包括权利要求9所述的净水装置。