CN104606952A - 空气净化器用碳块过滤器组合物及碳块过滤器 - Google Patents

空气净化器用碳块过滤器组合物及碳块过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有5～1900μm的粒度和76～96重量百分比的过滤粒子以及具有5～600μm的粒度和4～34重量百分比的超高分子量聚乙烯聚合物，并在所述过滤粒子中渗入有磷酸(H3PO4)的空气净化用碳块过滤器组合物。本发明公开了一种利用所述碳块过滤器组合物制造出的空气净化用碳块过滤器。

Description

空气净化器用碳块过滤器组合物及碳块过滤器
技术领域
本发明涉及由过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物构成的空气净化用碳块过滤器组合物及碳块过滤器。
背景技术
在常规技术中，主要是在用于空气净化器的活性碳过滤器内填充粒状活性碳，以完成过滤、吸附污染物质的工序。但是单纯在活性碳过滤器内填充粒状活性碳时，过滤层内所发生的沟流现象，会降低污染物质的去除效率，并因活性碳微细粒子不断流出，而导致活性碳过滤器在使用上的问题。
此外，由于在熔点以上的温度条件下，粘度低，流量大的普通聚乙烯(LDPE、HDPE)粘合剂会覆盖活性碳的表面，故无法确保块的气孔和吸附性，而利用熔点在80度以上的温度条件下，流量较好的低分子量的聚乙烯，采用挤压的方法固然可以生产过滤器，但活性碳的吸附表面积会因粘合剂的堵塞而缩小，故很难有效调节气孔，因而无法制造出高性能的过滤器。
为了完善常规技术中存在的所述问题，可利用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和粒度已得到妥善调节的粉末活性碳，按一定的比例进行烧结处理，继而生产出吸附性极其优秀的多孔性吸附过滤过滤器。这种多孔性吸附过滤过滤器被称为碳块过滤器，而最近的空气净化器用过滤过滤器的确是在被所述碳块过滤器取而代之。
尤其所述碳块过滤器因其粘合剂的特性，而采用压缩模具的生产方式，被公认为是过滤器的吸附性能和气孔的发达非常优秀的高性能碳块。通常而言，所谓的优秀块过滤器制造技术是指，在具备高吸附性的同时，还要能够有效调节块的多孔性，这就是压缩模具法的生产技术。
但在常规技术中所采用的块的气孔调节技术，是在人工调节的粒度活性碳粉末中，按照一定的比例混合掺入商业用粘合剂后，以压缩成型的方式形成气孔，因而不可能生产出高品质的碳块过滤器。这种生产模式的问题在于，不能有效成型微分活性碳，故在成型后，会从其表面脱落一些微分活性碳，继而会给碳块过滤器的商品价值大打折扣。
先行技术文献：韩国公开专利第10-2007-0028440号
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用过滤粒子和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物制造出的具有高吸附性能的碳块过滤器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
空气净化器用碳块过滤器组合物，具有200～650μm的平均粒度和76～96重量百分比的过滤粒子以及具有5～600μm的粒度和4～34重量百分比的超高分子量聚乙烯聚合物，并在所述过滤粒子中渗入有磷酸(H3PO4)。
进一步，所述超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度在30～60μm范围内。
进一步，所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量在3,500,000～9,200,000g/mol范围内。
进一步，其中还可掺入用于去除气体的添加剂。
更进一步，所述添加剂可以是硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、醋酸(CH3COOH)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)及乙二胺(NH2CH2CH2NH2)中的至少一种成分。
进一步，其中还可添加催化剂。
更进一步，所述催化剂可以是白金(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)及铱(Ir)中的至少一种元素。
利用所述的空气净化器用碳块过滤器组合物制得的碳块过滤器，该碳块过滤器的比表面积均在600～1300m3/g范围内。
进一步，所述碳块过滤器上至少形成一个通气孔。
进一步，所述通气孔可以是圆形、六角形、四角形或梳齿形状。
进一步，所述碳块过滤器沿着第1方向的压缩强度在2,200,000～11,000,000N/m2范围内。
进一步，所述碳块过滤器沿着第2方向的压缩强度在340,000～3,400,000N/m2范围内。
进一步，所述碳块过滤器沿着第1方向的弯曲强度在790～3,200N/m2范围内。
进一步，所述碳块过滤器沿着第2方向的弯曲强度在4700～17,000N/m2范围内
本发明的有益效果是：通过本发明技术制造出的碳块过滤器，可通过渗入有磷酸的过滤粒子，有效去除空气中含有的有害物质，并提高除臭效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图；
图2是本发明实施例中用于制造碳块过滤器的模具示意图；
图3是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图；
图4是测量通过本发明实施例制造出的碳块过滤器的压缩强度示意图；
图5是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图。
图6是测量通过本发明实施例制造出的碳块过滤器的压缩强度示意图。
具体实施方式
本发明涉及利用过滤粒子和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物，生产出的具有高吸附性能的空气净化器用碳块过滤器组合物及碳块过滤器的技术。
在此，所谓的过滤粒子是指活性碳。尤其活性碳的吸附性极强，其大部分的组成物质均为碳质物质，主要是作为吸附剂，起到吸收气体或湿气的作用。在本发明技术中采用的活性碳主要是粉末活性碳(activated carbon powder)，它能有效去除空气中含有的有害物质及异味，并能有效去除挥发性有机化合物及部分重金属。
此外，本发明技术中的超高分子量聚乙烯聚合物是指超高分子量聚乙烯粘合剂，为使过滤器呈块状，而起到形成粉末活性碳连接链的粘合剂的作用，可由分子量较大的多孔质物质组成。
进一步说明就是，本发明技术中的空气净化器用碳块过滤器组合物是具有5～1900μm的粒度和76～96重量百分比的过滤粒子以及具有5～600μm的粒度和4～34重量百分比的超高分子量聚乙烯聚合物，而所述过滤粒子中则渗入有磷酸。
在此，未渗入磷酸的活性碳对氨的去除性能较差，而渗入磷酸的活性碳则可大大增加对氨的去除性能。
为了有效去除有害气体，还可追加渗入添加剂，而所述添加剂则可以是硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、醋酸(CH3COOH)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)及乙二胺(NH2CH2CH2NH2)中的至少一种成分。为了增加对某种物质的吸附性能，可事先添加特定的物质。
在本发明技术的一个实施例中，为能有效去除乙醛(CH3CHO)、醋酸(CH3COOH)等物质，可追加渗入相应的添加剂。
具体样态即是，所述过滤粒子的平均粒度可以在200～650μm或250～590μm范围内，而所述超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度则可以在30～60μm、30～40μm或30μm范围内。尤其在过滤粒子的平均粒度范围在250～590μm时和超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度范围在30μm时，可制造出性能优秀的碳块过滤器。
此外，所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量可以是3,500,000～9,200,000g/mol，且在所述碳块过滤器组合物中追加渗入催化剂。
例如，所述催化剂可以是白金(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)及铱(Ir)元素之一。
本发明涉及利用碳块过滤器组合物制造出的碳块过滤器的技术。所述碳块过滤器中至少可以形成一个通气孔，所述通气孔的气孔可呈圆形、六角形、四角形或梳齿形状，这取决于碳块过滤器的成型工序中所采用的模具形状。此外，所述通气孔的大小取决于所述模具的大小，比如所述气孔可以成型为9mm～30mm的大小。
此外，所述碳块过滤器的比表面积为600～13003/g。
此外，在构成所述碳块过滤器的过滤粒子和聚乙烯聚合物中，形成5～30μm粒度分布的粒度分配比为8～8.5:1.5～2。
此外，所述碳块过滤器中第1方向的压缩强度可以在2,200,000～11,000,000N/m2范围内；而第2方向的压缩强度则可以在340,000～3,400,000N/m2范围内。
此外，所述碳块过滤器中第1方向的弯曲强度可以在790～3,200N/m2范围内；而第2方向的弯曲强度则可以在4700～17,000N/m2范围内。
在此，所谓的压缩强度是指在材料不会遭到破坏的最大压缩应力；而弯曲强度则意味着在弯曲试验中，材料不会遭到破坏的最大拉伸应力。
此外，所述第1方向是指，空气净化用碳块过滤器呈平面状态放置时，从上到下的方向；而第2方向则意味着空气净化用碳块过滤器呈垂直状态放置时，从上到下的方向。
通过采用所述活性碳，利用活性碳中存在的气孔，物理性地吸附空气中所含有的有害物质，以有效去除乙醛、醋酸、氨等成分。
下面将通过实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。下述实施例仅仅是本发明内容的一种示例，本发明的技术范围并不局限于下述实施例。本发明实施例仅供于同行业中拥有通常知识的人进一步了解本发明内容。
实施例1.混合工序
在本发明实施例中，过滤粒子是指活性碳，本发明实施例采用了具有5～1900μm粒度的活性碳(Activated carbon，KURARAY CHEMICALCO.，LTD)。此外，还采用了平均粒度在200～650μm范围内的活性碳。
首先，本发明实施例在真空条件下，将粉末类型的活性碳(Activatedcarbon、KURARAY CHEMICAL CO.，LTD)浸渍于磷酸(H3PO4、GUANGXI MINGLICHMICALS CO.，LTD)水溶液中放置3个小时后，将磷酸第一次渗入到活性碳的细孔内，并在进行一定时间的干燥处理后，通过相同的方式进行第二次渗入，制造出了对比渗入活性碳全部重量，含有10～15重量百分比碳酸钾的活性碳。
然后，按重量比为6:1:1:2的比例，均匀混合渗入有磷酸的活性碳和碳酸钙(K2CO3，大明化工药品)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H、BAO MINGTRADING CO.，LTD)以及具有5～600μm粒度的超高分子量聚乙烯聚合物。
在此，超高分子量聚乙烯重量体是指超高分子量聚乙烯粘合剂(TiconaEngineering)。
尤其渗入到所述活性碳中的磷酸具有去除空气中所含有的氨的作用。此外，添加剂中的碳酸钾用于去除空气所含有的醋酸，而磺胺酸则用于去除空气所含有的乙醛。
此外，为了提高反应性，还追加掺入了白金用作催化剂。
在此，所述超高分子量聚乙烯粘合剂采用了泰科纳公司(Ticona)的产品，并采用了如下表1中的商业用产品GUR 2126、GUR 2122、GUR 4050-3、GUR4120、GUR 4022及GUR 4022-6。
【表1】
所述超高分子量聚乙烯粘合剂的固有特性如下表2所示。
【表2】
实施例2.过滤器成型工序
图1是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图。在这道工序中，利用以适当的比例混合所述各种主原料及副原料而成的混合原料，制成如图1中所示的形成通气孔的板状碳块过滤器。
本工序将在如图2中的所示的铝模具上均匀混合的混合原料装入容器中，并利用精密电子秤确认精确的量后，在所述模具的内部填充了混合原料。
然后，利用压力机从上方向下挤压导向环，使所述导向环以4～6.5kgf/cm2的压力对混合原料施加压力，制成碳块过滤器。
最后，在不拆分模具的状态下，将成型的碳块过滤器是移到热处理炉，以待进行热处理作业。
实施例3.热处理及分离工序
热处理工序是在能够同时热处理数百个过滤器的电炉中，且在220～240℃或130～200℃的温度条件下进行了10～60分钟时间的热处理。此外，在将所述模具向外拽出后，利用冷风对模具进行约1个小时的冷却处理。
在对所述模具进行冷却处理后，利用另外准备的夹具，拆分外部的模具和内部磁芯，并向外拽出，制成了如图1中所示的碳块过滤器。
实施例1.碳块过滤器的物理特性
对通过所述方法制造出的碳块过滤器的比表面积进行了测量。在此，利用比表面积测量装置(TriStarⅡ3020、Micromeritics)，最终测出的结果为600～1300m3/g。
此外，为了确认所述碳块过滤器的强度，而沿着第1方向和第2方向测量了压缩强度和弯曲强度。在此，所谓的第1方向如图3和图5所示，是指空气净化用碳块过滤器呈平面状态放置时从上到下的方向；而第2方向则指空气净化用碳块过滤器呈垂直状态放置时从上到下的方向。
此时，压缩强度试验机采用了INSTRON公司的模型5928产品；而弯曲强度试验机则采用了INSTRON公司的模型5982产品。
首先，对图3中30×30mm大小的碳块过滤器的压缩强度进行了测量。如图4所示，利用5t的压缩板，对所述碳块过滤器施加了张力。此时，呈平面状态放置时(第1方向)的压缩强度为5.068kN；而呈垂直状态放置时(第2方向)的压缩强度则为0.180kN。此外，在利用10t的压缩板对所述碳块过滤器施加张力时，呈平面状态放置时的压缩强度为6.480kN；而呈垂直状态放置时的压缩强度则为0.264kN。此外，在利用15t的压缩板对所述碳块过滤器施加张力时，呈平面状态放置时的压缩强度为2.920kN；而呈垂直状态放置时的压缩强度则为0.451kN。
然后，对图5中30×210mm大小的碳块过滤器的弯曲强度进行了测量。如图6所示，利用5t的压缩板，对所述碳块过滤器施加了张力。此时，呈垂直状态放置时的弯曲强度为15N。此外，利用10t的压缩板对所述碳块过滤器施加张力时，呈平面状态放置时的弯曲强度为8N；而呈垂直状态放置时的弯曲强度则为30N。此外，利用15t的压缩板对所述碳块过滤器施加张力时，呈平面状态放置时的弯曲强度为17N；而呈垂直状态放置时的弯曲强度则为27kN。
实施例2.碳块过滤器的除臭率
将根据本发明技术制造出的碳块过滤器安装于空气净化器上，并对通过该空气净化器的空气进行了除臭率的测量。此外，又对未安装本发明中的碳块过滤器的常用空气净化器进行了除臭率的测量。
所述测量值如下表3所示。
【表3】
去除物质 碳块过滤器安装前 碳块过滤器安装后
乙醛(CH3CHO) 80～90％ 90～95％
醋酸(CH3COOH) 90～98％ 95～100％
氨(NH3) 80～98％ 90～100％
所述产品除臭率是由Coway R&D center、OSAKA GAS R&D center依据韩国空气净化器协会的检查规格(SPS-KACA002-132)、日本家用空气净化器的检查规格(JEM 1467)进行测试的除臭率。
如上表3所示，内设有本发明中碳块过滤器的空气净化器的除臭效率远高于未设有本发明碳块过滤器的空气净化器。
也就是说，根据本发明技术，通过含浸于活性碳中的添加剂，可有效去除空气中所含有的有害物质，且其除臭效率也非常高。

Claims (14)

1.空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：具有200～650μm的平均粒度和76～96重量百分比的过滤粒子以及具有5～600μm的粒度和4～34重量百分比的超高分子量聚乙烯聚合物，并在所述过滤粒子中渗入有磷酸(H3PO4)。
2.根据权利要求1所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度在30～60μm范围内。
3.根据权利要求1所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量在3,500,000～9,200,000g/mol范围内。
4.根据权利要求1所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：其中还可掺入用于去除气体的添加剂。
5.根据权利要求4所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：所述添加剂可以是硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、醋酸(CH3COOH)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)及乙二胺(NH2CH2CH2NH2)中的至少一种成分。
6.根据权利要求1所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：其中还可添加催化剂。
7.根据权利要求6所述的空气净化器用碳块过滤器组合物，其特征在于：所述催化剂可以是白金(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)及铱(Ir)中的至少一种元素。
8.利用根据权利要求1-7中任一项所述的空气净化器用碳块过滤器组合物制得的碳块过滤器，其特征在于：该碳块过滤器的比表面积均在600～1300m3/g范围内。
9.根据权利要求8所述的碳块过滤器，其特征在于：所述碳块过滤器上至少形成一个通气孔。
10.根据权利要求9所述的碳块过滤器，其特征在于：所述通气孔可以是圆形、六角形、四角形或梳齿形状。
11.根据权利要求8所述的碳块过滤器，其特征在于：所述碳块过滤器沿着第1方向的压缩强度在2,200,000～11,000,000N/m2范围内。
12.根据权利要求8所述的碳块过滤器，其特征在于：所述碳块过滤器沿着第2方向的压缩强度在340,000～3,400,000N/m2范围内。
13.根据权利要求8所述的碳块过滤器，其特征在于：所述碳块过滤器沿着第1方向的弯曲强度在790～3,200N/m2范围内。
14.根据权利要求8所述的碳块过滤器，其特征在于：所述碳块过滤器沿着第2方向的弯曲强度在4700～17,000N/m2范围内。
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