CN104587793B - 一种仿生催化去除甲醛的空气净化器 - Google Patents

一种仿生催化去除甲醛的空气净化器 Download PDF

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Abstract

一种仿生催化去除甲醛的空气净化器,包括器体,器体上方设至少一个空气进气口,器体下方侧面设至少一个出气口;器体内由上而下依次设置高效过滤层、鼓风机、高压导管、安装于高压导管内的空气质量检测器和电催化净化装置,所述高压导管连接单向导气阀门A和单向导气阀门B,单向导气阀门B与电催化净化装置的箱底相连,鼓风机将外界空气经过高压导管导入后,由单向导气阀门B进入电催化净化装置处理后从出气口排出。它采用的仿生电催化方法解决了传统吸附法除甲醛的吸附饱和的问题,采用吸附富集和原位电催化方法去除甲醛,方法新颖,并且设计简单,可以产业化生产,同时产品实用性强,能解人们的燃眉之急。

Description

-种仿生催化去除甲酵的空气净化器
技术领域
[0001] 本发明设及一种空气净化器,尤其是一种仿生催化去除甲醒的空气净化器,属于 日常生活防护用品领域。
背景技术
[0002] 甲醒是目前居室的最大污染源。甲醒(分子式:HCH0)亦称蚁醒,是最简单的醒类, 通常情况下是一种可燃、无色及有刺激性的气体。易溶于水、醇和酸。甲醒为较高毒性的物 质,已经被世界卫生组织确定为致癌和致崎形物质,是公认的变态反应源,也是潜在的强致 突变物之一。长期接触低剂量甲醒可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经 素乱、细胞核的基因突变,DNA单链内交连和DNA与蛋白质交连及抑审化NA损伤的修复、妊娠 综合症、引起新生儿染色体异常、白血病,引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中, 儿童和孕妇对甲醒尤为敏感,危害也就更大,浓度更高时可引起恶屯、呕吐,咳嗽胸闷,气喘、 肺水肿、甚至会立即致人死亡。
[0003] 居室内甲醒的主要来源是室内装修和购买家具。由于装修和家具制造要使用大量 人造板材(如胶合板、大忍板、中纤板、创花板、强化地板和复合木地板等),而生产人造板需 大量使用W甲醒为原料制造的胶粘剂,由于胶粘剂中的甲醒释放期很长,一般长达15年,导 致甲醒成为室内空气中的主要污染物。
[0004] 为了消除室内甲醒对人体的危害,需要选购适当空气净化器来解决运个问题。所 谓空气净化器是一种能净化空气的一种工具。即通过自身的风机或者外界的风机使室内的 空气不断经过空气净化器,污浊的空气在经过净化模块时,通过活性炭网、高压静电、光催 化,电催化等技术,逐渐将空气中的有毒气体和颗粒物质去除,最后干净的空气由出风口送 出。空气净化器按照净化技术可分为物理吸附、光催化、化学络合、负离子等技术。
[0005] 从市场现有空气净化器来看,去除甲醒的功能不尽人意,或多或少存在下列问题: 1、去除能力有限而且速度很慢,例如吸附剂吸附法;2、去除能力强但会引起环境的二次污 染,例如臭氧氧化法和化学络合法;3、去除能力强但构造复杂动力消耗大,成本高昂,例如 光催化法。
[0006] 金属献菁是一种结构类似金属化嘟,具有大π共辆结构的化合物,它有很好的化学 稳定性且可合成多种金属献菁衍生物,作为催化剂有很大的应用前景。金属献菁负载到载 体上,可W实现金属献菁异相催化的优点,活性碳纤维材料是一类可传导电子的纤维材料, 同时具有较强的吸附作用。将金属献菁负载到活性碳纤维上,可W将甲醒高效吸附去除,通 过电催化可W原位分解甲醒,实现再生。
发明内容
[0007] 本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足,目的是提供一种能快速高 效去除甲醒并且环境友好、耗电低、快速高效去除甲醒的空气净化器。
[000引为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
[0009] -种仿生催化去除甲醒的空气净化器,包括壳体,壳体上方设有至少一个空气进 气口,壳体下方侧面设有至少一个出气口;壳体内由上而下依次设置高效过滤层、鼓风机、 高压导管、安装于高压导管内的空气质量检测器和电催化净化装置,高压导管一端与鼓风 机相连,另一端连接单向导气阀口 A和单向导气阀口 B,单向导气阀口 B与电催化净化装置的 箱底相连,鼓风机将外界空气经过高压导管导入后,由单向导气阀口 B进入电催化净化装置 后从出气口排出。
[0010] 所述电催化净化装置包括阳极平板、阴极平板、电催化液和细密金属网,阴阳两级 间距离为1-6cm。
[0011] 所述阳极平板为高纯石墨,阴极平板为负载金属献菁催化剂的活性碳纤维,其外 部用细密金属网固定。
[0012] 所述电催化净化装置的输入电压为4-20V,输入电流5mA-2A。所述电催化液选用硫 酸钢溶液,浓度为3-5 %。
[0013] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维,是含化晚基团的改性碳纤维与金属献菁 之间是通过配位键方式结合,使用的金属献菁特征具有式1结构,其中:M可W是儘、铁、钻、 儀、铜过渡金属离子;Ri、R2、R3、R4分别为-H、-畑2、-C00H、-N02、-NHC0C出、-NHS0抽、-SO抽中的 任意一种,
[0014]
Figure CN104587793BD00051
[0015] 所述的碳纤维直径在0.2-20WI1之间,碳纤维形状是长丝状、短纤维状W及短切纤 维状的碳纤维或活性碳纤维;碳纤维是预氧丝、碳化丝、成品丝。所述负载的金属献菁质量 百分数为0.08-8%,负载的化晚基团的质量分数为0.2-15%。
[0016] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为60-100°C的 条件下,将碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的4-氨基化晚和缩合剂加入其中,揽 拌反应2-48小时,反应完成后取出含化晚基团的改性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲 基甲酯胺、水、乙醇洗涂,80-100°C烘干得改性碳纤维;接着在反应溫度为40-80°C的条件 下,将改性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁加入其中,揽拌反应2-48 小时,反应完成后取出负载有金属献菁的碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、 水、乙醇洗涂,80-100°C烘干得仿生催化碳纤维。
[0017] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为50-100°C的 条件下,将活性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中二氨基二苯二硫酸和缩合剂加 入其中,揽拌反应2-48小时,反应完成后取出负载有二苯二硫酸的活性碳纤维,分别使用反 应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、7jC、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含二苯二硫酸基团的改性 活性碳纤维;接着在反应溫度为20-6(TC的条件下,将含二苯二硫酸基团的改性活性碳纤维 分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的Ξ苯基麟加入其中,揽拌反应2-12小时,反应完成后 取出,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含苯硫 酪基团的改性活性碳纤维;然后在反应溫度为40-8(TC的条件下,将含苯硫酪基团的改性活 性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁和有机碱加入其中,揽拌反应2- 48小时,反应完成后取出负载有金属献菁的活性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲 酷胺、水、乙醇洗涂,20-100°C烘干制得配位键合金属献菁的催化活性碳纤维。
[0018] 所述有机碱是乙醇胺、二乙醇胺或Ξ乙胺。
[0019] 所述缩合剂是亚硝酸异戊醋;所述溶剂是:N,N-二甲基甲酯胺、二甲基亚讽、乙腊、 无水乙醇、N-甲基化咯烧酬、N,N-二甲基乙酷胺或者四氨巧喃。
[0020] 本发明的工作过程是:
[0021] (1)含有甲醒的空气经过高效过滤层通过空气净化器的鼓风机从电催化净化装置 的底部吹入,气流经过高压导管压力达到1-7邸a。
[0022] (2)进入电催化液为3-5%化2S化的电催化净化装置,在鼓风机和高压导管的作用 下,含有甲醒的空气与电催化液充分接触并溶解。
[0023] (3)设定电催化净化装置的电压为4-20V,电流为5mA-2A的直流电流,使溶解于电 催化液中的甲醒被电催化去除。
[0024] (4)电催化净化装置W高纯石墨为阳极,将负载了金属献菁催化剂的活性碳纤维 作为阴极,气体由高压导管鼓入,空气在运一过程中经过高效过滤层过滤掉灰层,毛发,花 粉等颗粒物。带动电催化液的流动,在催化剂的作用下,甲醒与空气中的氧气反应去除甲 醒。
[0025] (5)鼓风机内装空气质量检测器(甲醒),当鼓入的空气检测达标时则直接开启导 管另一侧阀口排出空气净化装置,电催化装置在此同时停止工作,W达到节约能源的目的。
[0026] 本发明其气体的运动流程可概括如下:
[0027] 若空气中甲醒含量不达标:
[00%]室内空气^壳体空气进口^高效过滤层^鼓风机^高压导管^甲醒检测器^单 向导气阀口 电催化净化装置^出气口 ^室内空间。
[0029] 若空气中甲醒含量不达标:
[0030] 室内空气^壳体空气进口^高效过滤层^鼓风机^高压导管^甲醒检测器^单 向导气阀口 室内空气。
[0031] 本发明的有益效果是:(1)能把空气中的甲醒进行催化氧化、反复富集和催化分解 去除达到空气的快速净化。金属献菁催化剂负载到活性碳纤维上,可W高效吸附甲醒,加速 甲醒的去除,该负载型活性碳纤维催化剂能实现原位催化和再生,,催化剂可循环使用,无 二次污染。
[0032] (2)催化剂不容易脱离载体堵塞装置,保证电解液和空气的充分接触。
[0033] (3)催化剂实现原位再生,可循环使用,不用定期更换,节省成本,环保。
[0034] (4)本发明设及的仿生电催化方法解决了传统吸附法除甲醒的吸附饱和的问题, 采用吸附富集和原位电催化方法去除甲醒,方法新颖。
[0035] (5)本发明设计简单,可W产业化生产,同时产品实用性强,能解人们的燃眉之急。
附图说明
[0036] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0037] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例 及附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本 发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围,不应理 解为对本申请的限制。
[0038] 如图1所示,一种仿生催化去除甲醒的空气净化器,包括壳体13,壳体13上方设至 少一个空气进气口,壳体下方侧面设至少一个出气口 9;壳体13内由上而下依次设置高效过 滤层1、鼓风机2、高压导管3、安装于高压导管内的空气质量检测器4和电催化净化装置,高 压空气导管一端与鼓风机连接,另一端与单向导气阀口 A5和单向导气阀口 B6连接,单向导 气阀口 B6与电催化净化装置的箱底相连,鼓风机2将外界空气经过高压导管3导入后,由单 向导气阀口B6进入电催化净化装置后从出气口排出。电催化液12在高压气流的作用下快速 翻动,将甲醒富集在活性碳纤维上。
[0039] 本发明所述电催化净化装置包括电源8、阳极平板、阴极平板、电催化液12和细密 金属网11,阴阳两级间距离为1-6畑1,优选为3cm。所述阳极平板为高纯石墨14,阴极平板为 负载金属献菁催化剂的活性碳纤维10,其外部用细密金属网11固定,不会堵塞电催化液循 环装置,也不会随空气进入环境。所述电催化净化装置的输入电压为4-20V,输入电流5mA- 2A。所述电催化液12选用硫酸钢溶液,浓度为3-5%。
[0040] 在通入直流电流时,从空气净化装置的底部吹入1-7K化的高压气流,使反应器内 的电催化液翻动,使空气中的甲醒加速溶解到电解液,同时使电解液中的甲醒富集到活性 碳纤维上,通过金属献菁把甲醒氧化成C〇2和出0,不引起环境二次污染。
[0041] 空气在高压导管3内部经空气质量检测器4检测,若空气中甲醒含量达标,则直接 从单向导气阀口A5排出,若甲醒检测超标,则由高压导管3从单向导气阀口B6导入空气净化 装置中与电催化液12充分混合。
[0042] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维,是含化晚基团的改性碳纤维与金属献菁 之间是通过配位键方式结合,使用的金属献菁特征具有式1结构,其中:M可W是儘、铁、钻、 儀、铜过渡金属离子;Ri、R2、R3、R4分别为-H、-畑2、-C00H、-N02、-NHC0C出、-NHS0抽、-SO抽中的 任意一种
[0043]
Figure CN104587793BD00081
[0044] 所述的碳纤维直径在0.2-20WI1之间,碳纤维形状是长丝状、短纤维状W及短切纤 维状的碳纤维或活性碳纤维;碳纤维是预氧丝、碳化丝、成品丝。所述负载的金属献菁质量 百分数为0.08-8%,负载的化晚基团的质量分数为0.2-15%。
[0045] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为60-100°C的 条件下,将碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的4-氨基化晚和缩合剂加入其中,揽 拌反应2-48小时,反应完成后取出含化晚基团的改性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲 基甲酯胺、水、乙醇洗涂,80-100°C烘干得改性碳纤维;接着在反应溫度为40-80°C的条件 下,将改性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁加入其中,揽拌反应2-48 小时,反应完成后取出负载有金属献菁的碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、 水、乙醇洗涂,80-100°C烘干得仿生催化碳纤维。
[0046] 所述负载金属献菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为50-100°C的 条件下,将活性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中二氨基二苯二硫酸和缩合剂加 入其中,揽拌反应2-48小时,反应完成后取出负载有二苯二硫酸的活性碳纤维,分别使用反 应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含二苯二硫酸基团的改性 活性碳纤维;接着在反应溫度为20-60°C的条件下,将含二苯二硫酸基团的改性活性碳纤维 分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的Ξ苯基麟加入其中,揽拌反应2-12小时,反应完成后 取出,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含苯硫 酪基团的改性活性碳纤维;然后在反应溫度为40-80°C的条件下,将含苯硫酪基团的改性活 性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁和有机碱加入其中,揽拌反应2- 48小时,反应完成后取出负载有金属献菁的活性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲 酷胺、水、乙醇洗涂,20-100°C烘干制得配位键合金属献菁的催化活性碳纤维。
[0047] 所述有机碱是乙醇胺、二乙醇胺或Ξ乙胺。
[004引所述缩合剂是亚硝酸异戊醋;所述溶剂是::N,N-二甲基甲酯胺、二甲基亚讽、乙 腊、无水乙醇、N-甲基化咯烧酬、N,N-二甲基乙酷胺或者四氨巧喃。
[0049] 本发明的工作过程是:
[0050] (1)含有甲醒的空气经过高效过滤层通过空气净化器的鼓风机从电催化净化装置 的底部吹入,气流经过高压导管压力达到1-7邸a。
[0051] (2)进入电催化液为3-5%化2S化的电催化净化装置,在鼓风机和高压导管的作用 下,含有甲醒的空气与电催化液充分接触并溶解。
[0052] (3)设定电催化净化装置的电压为4-20V,电流为5mA-2A的直流电流,使溶解于电 催化液中的甲醒被电催化去除。
[0053] (4)电催化净化装置W高纯石墨为阳极,将负载了金属献菁催化剂的活性碳纤维 作为阴极,气体由高压导管鼓入,带动电催化液的流动,在催化剂的作用下,甲醒与空气中 的氧气反应去除甲醒。
[0054] (5)鼓风机内装空气质量检测器(甲醒),当鼓入的空气检测达标时则直接开启导 管另一侧阀口排出空气净化装置,电催化装置在此同时停止工作,W达到节约能源的目的。
[0055] 最后应当说明的是:W上实施例仅用W说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然 可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替 换;而运些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。

Claims (8)

1. 一种仿生催化去除甲醒的空气净化器,包括壳体(13),其特征在于:壳体(13)上方设 至少一个空气进气口,壳体(13)下方侧面设至少一个出气口(9);壳体内由上而下依次设置 高效过滤层(1)、鼓风机(2)、高压导管(3)、安装于高压导管(3)内的空气质量检测器(4)和 电催化净化装置,所述高压导管连接单向导气阀口 A(5)和单向导气阀口 B(6),单向导气阀 口 B(6)与电催化净化装置的箱底相连,鼓风机(2)将外界空气经过高压导管(3)导入后,由 单向导气阀口 B(6)进入电催化净化装置处理后从出气口排出; 所述电催化净化装置包括阳极平板、阴极平板、电催化液(12)和细密金属网(11),阴阳 两极间距离为1-6cm; 所述阳极平板为高纯石墨(14),阴极平板为负载金属献菁催化剂的活性碳纤维(10), 其外部用细密金属网(11)固定。
2. 根据权利要求1所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述电催化净化 装置的输入电压为4-20V,输入电流为5mA-2A。
3. 根据权利要求1所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述电催化液 (12)选用硫酸钢溶液,浓度为3-5%。
4. 根据权利要求1所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述负载金属献 菁催化剂的活性碳纤维,是含化晚基团的改性碳纤维与金属献菁之间是通过配位键方式结 合,使用的金属献菁特征具有式1结构,其中:M是儘、铁、钻、儀、铜过渡金属离子;Ri、R2、R3、 R4分别为-Η、-畑2、-COOH、-N02、-NHCOC 出、-NHSO抽、-SO抽中的任意一种,
Figure CN104587793BC00021
所述的碳纤维直径在〇.2-20μπι之间,碳纤维形状是长丝状、短纤维状;碳纤维是预氧 丝、碳化丝;所述负载的金属献菁质量百分数为0.08-8%,负载的化晚基团的质量分数为 0.2-15%。
5. 根据权利要求4所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述负载金属献 菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为60-100°C的条件下,将碳纤维分散于 溶剂中,将充分溶解在溶剂中的4-氨基化晚和缩合剂加入其中,揽拌反应2-48小时,反应 完成后取出含化晚基团的改性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇洗 涂,80-100°C烘干得改性碳纤维;接着在反应溫度为40-80°C的条件下,将改性碳纤维分散 于溶剂中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁加入其中,揽拌反应2-48小时,反应完成后取出 负载有金属献菁的碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇洗涂,80-100°C 烘干得仿生催化碳纤维。
6. 根据权利要求1所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述负载金属献 菁催化剂的活性碳纤维的制备方法是:在反应溫度为50-10(TC的条件下,将活性碳纤维分 散于溶剂中,将充分溶解在溶剂中二氨基二苯二硫酸和缩合剂加入其中,揽拌反应2-48小 时,反应完成后取出负载有二苯二硫酸的活性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯 胺、水、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含二苯二硫酸基团的改性活性碳纤维;接着在反应 溫度为20-6(TC的条件下,将含二苯二硫酸基团的改性活性碳纤维分散于溶剂中,将充分溶 解在溶剂中的Ξ苯基麟加入其中,揽拌反应2-12小时,反应完成后取出,分别使用反应溶 剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇、丙酬洗涂,60-100°C烘干得含苯硫酪基团的改性活性碳纤 维;然后在反应溫度为40-8(TC的条件下,将含苯硫酪基团的改性活性碳纤维分散于溶剂 中,将充分溶解在溶剂中的金属献菁和有机碱加入其中,揽拌反应2-48小时,反应完成后取 出负载有金属献菁的活性碳纤维,分别使用反应溶剂、N,N-二甲基甲酯胺、水、乙醇洗涂, 20-10(TC烘干制得配位键合金属献菁的催化活性碳纤维。
7. 根据权利要求6所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述有机碱是乙 醇胺、二乙醇胺或Ξ乙胺。
8. 根据权利要求5或6所述仿生催化去除甲醒的空气净化器,其特征在于所述缩合剂是 亚硝酸异戊醋;所述溶剂是:N,N-二甲基甲酯胺、二甲基亚讽、乙腊、无水乙醇、N-甲基化咯 烧酬、N,N-二甲基乙酷胺或者四氨巧喃。
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CN103463974A (zh) * 2013-09-24 2013-12-25 林天安 一种电催化空气净化器以及用于空气净化的方法
CN203501334U (zh) * 2013-09-26 2014-03-26 淮南师范学院 一种室内空气净化器
CN204841342U (zh) * 2015-01-03 2015-12-09 浙江理工大学 仿生催化去除甲醛的空气净化器

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Application publication date: 20150506

Assignee: Zhejiang Sci-Tech University Shangyu Industrial Technology Research Institute Co., Ltd.

Assignor: Zhejiang University of Technology

Contract record no.: X2019330000038

Denomination of invention: Biomimetic catalysis formaldehyde removal air purifier

Granted publication date: 20160928

License type: Common License

Record date: 20191108