CN105402806A - Ptc加热净化器、其制备方法及电器 - Google Patents

Ptc加热净化器、其制备方法及电器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种PTC加热净化器、PTC加热净化器的制备方法和电器，其中，PTC加热净化器可以作为净化模块使用，PTC加热净化器包括PTC发热元件及散热翅片，所述散热翅片的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层，所述散热翅片的表面与所述催化剂层之间，还形成有用于粘结所述散热翅片与所述催化剂层的多孔的中间层。本发明技术方案能够提高催化剂与载体的粘结性能。

Description

PTC加热净化器、其制备方法及电器
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种PTC加热净化器、PTC加热净化器的制备方法和具有该PTC加热净化器的电器。
背景技术
室内装修带来的空气污染问题近年越来越受到重视，其中，来自于家具和装修材料中的甲醛、苯等挥发性有机污染物因为其较高的毒性而备受关注，并且已经被世界卫生组织确定为强致癌和致畸形物质。常用的去除室内环境污染物的方法包括吸附法、光催化法、热催化法以及等离子处理的方法。热催化氧化法尤其是贵金属负载氧化物或者其它锰氧化物的催化方法通常在较低的温度下就可以催化去除室内空气污染物，不会造成二次污染、且不会产生有害的副产物，因而得到了广泛的关注。
目前市场上安装在用于空气调节的电器(例如空调器、热风幕机、去湿机、干燥机、暖风机和空气净化器)上的热催化净化模块多采用蜂窝净化板、泡沫陶瓷、PP泡沫等和外部塑料框架组成的净化装置；这种净化装置需要额外的蜂窝状陶瓷净化板做载体，再将热催化剂负载到陶瓷体进行生产；而且在模块生产过程中容易由于粘结性能较差而出现起粉、催化剂与载体粘结不牢、催化剂在载体表面分散不均匀等缺点。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种PTC加热净化器，旨在提高催化剂与载体的粘结性能。
为实现上述目的，本发明提出的PTC加热净化器，包括PTC发热元件及散热翅片，所述散热翅片的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层，所述散热翅片的表面与所述催化剂层之间，还形成有用于粘结散热翅片与催化剂层的多孔的中间层。
优选地，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分。
优选地，所述催化剂层包含金属氧化物成分，所述金属氧化物选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物及Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种。
优选地，所述催化剂层的表面沉积有贵金属，所述贵金属选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。
优选地，所述中间层的厚度为100nm-1000um。
本发明还提出一种PTC加热净化器的制备方法，包括PTC发热元件及散热翅片，所述散热翅片的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层，所述散热翅片的表面与所述催化剂层之间，还形成有用于粘结散热翅片与催化剂层的多孔的中间层，所述PTC加热净化器的制备方法包括如下步骤：
对所述散热翅片进行预处理，除去散热翅片的表面的附着物；
在所述散热翅片的表面形成所述中间层；
在所述中间层的表面形成所述催化剂层。
优选地，所述对所述散热翅片进行预处理，除去散热翅片表面的附着物的步骤具体包括：通过酸洗-水洗、碱洗-水洗或高温煅烧的方式去除所述散热翅片的表面的附着物。
优选地，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分，所述散热翅片的表面形成所述中间层的步骤，可选自下述方式之一：
方式一：利用阳极氧化或微弧氧化的方法对完成预处理的所述散热翅片的表面进行处理以形成所述中间层；
方式二：通过喷涂或涂覆包含Al2O3分子、活性剂及胶黏剂的Al2O3浆料到完成预处理的所述散热翅片的表面，加热干燥后在所述散热翅片的表面形成所述中间层。
优选地，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分，所述催化剂层包含金属氧化物成分，所述金属氧化物选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物及Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种，所述在所述中间层的表面形成所述催化剂层的步骤具体包括：
将所述金属氧化物对应的可溶性盐与铝溶胶进行混合得到催化剂料浆，将形成有中间层的所述散热翅片浸渍于该催化剂料浆中一段时间，加热干燥后在所述中间层的表面形成催化剂层。
本发明还提出一种电器，包括PTC加热净化器，所述PTC加热净化器包括PTC发热元件及散热翅片，所述散热翅片的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层，所述散热翅片的表面与所述催化剂层之间，还形成有用于粘结散热翅片与催化剂层的多孔的中间层，所述电器为选自空调器、热风幕机、去湿机、干燥机、暖风机和空气净化器中的一种。
本发明技术方案直接将PTC加热净化器的散热翅片作为基底，对除挥发性有机化合物的催化剂进行负载，不需要额外增加任何其它组件即可使该PTC加热净化器具有净化功能；设置了中间层，中间层具有多孔结构，比表面积较大，因此中间层与散热翅片和催化剂层的接触面也相应较大，能够形成稳定复合层结构，从而避免催化剂层与散热翅片粘结不牢而导致的催化剂层脱落、掉粉的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明PTC加热净化器一实施例的剖面结构示意图；
图2为本发明PTC加热净化器的制备方法的流程图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 散热翅片 200 中间层
300 催化剂层
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种PTC加热净化器，其可以作为净化模块使用。
参照图1和图2，图1为本发明PTC加热净化器一实施例的剖面结构示意图；图2为本发明PTC加热净化器的制备方法的流程图。
请参阅图1，在本发明实施例中，该PTC加热净化器包括PTC发热元件(未图示)及散热翅片100，散热翅片100的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层300，散热翅片100的表面与催化剂层300之间，还形成有用于粘结散热翅片100与催化剂层300的多孔的中间层200。
本发明技术方案直接将散热翅片100作为基底，对除挥发性有机化合物的催化剂进行负载，不需要额外增加任何其它组件即可使该PTC加热净化器具有净化功能；设置了中间层200，中间层200具有多孔结构，比表面积较大，因此中间层200与散热翅片100和催化剂层300的接触面也相应较大，能够形成稳定复合层结构，从而避免催化剂层300与散热翅片100粘结不牢而导致的催化剂层300脱落、掉粉的问题。其中，多孔的中间层200可以包含多孔陶瓷、分子筛(硅铝酸盐多微孔晶体)、羟基磷灰石、活性炭中的至少一种，该些材料均具有多孔结构，有利于增加催化剂层300与中间层200的接触面积。
一般而言，散热翅片100由散热性能良好的金属材料制备得到，例如是铝或铝合金，其中铝合金可能包含有Mg、Zr、Cr、Cu、Ce等元素；当散热翅片100由铝或铝合金制得时，中间层200优选包含Al2O3成分，包含Al2O3的中间层200可以由含铝的散热翅片100直接反应得到，中间层200与散热翅片100是一个整体，然该包含Al2O3的中间层200也可以由涂覆、喷涂的方式形成；其中，中间层200的Al2O3可以用作粘结剂连接散热翅片100与催化剂层300，且Al2O3具有多种晶型，其中有一些晶型具备优良的孔道结构和稳定性，比表面积较大，非常适合作为中间层200，在本发明的一些实施例中，包含Al2O3的中间层200中的Al2O3分子为γ-Al2O3、β-Al2O3、α-Al2O3中的一种或几种。当催化剂层300包含金属氧化物成分；金属氧化物的具体种类不受特别限制，只要能够用于热催化氧化空气中的甲醛和苯系物等挥发性有机化合物即可。在本发明的一些实施例中，金属氧化物可以为选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、N的氧化物或Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种。由此，该些金属氧化物的催化氧化的效率较高，且能够长期维持催化活性。
在本发明的一些实施例中，为提高催化剂层300对室内空气净化的效果，可选择性地在催化剂层300表面沉积贵金属，贵金属的具体种类不受特别限制，只要能够有效用于光催化氧化空气中的甲醛和苯系物等挥发性有机化合物即可。在本发明的一些实施例中，贵金属可以选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。由此，催化氧化的效率较高，且在工作温度200℃可以保持催化活性。
中间层200过薄则无法形成较好的孔道结构，不利于提高比表面积和粘结性能，中间层200过厚则容易影响传热效果，且可能浪费物料，因此在本发明的一些实施例中，优选地，中间层200的厚度为100nm-1000um。
请参阅图2，本发明还提出一种PTC加热净化器的制备方法，该PTC加热净化器的制备方法用于制备上述PTC加热净化器，具体的，包括如下步骤：
步骤S1，对散热翅片100进行预处理，除去散热翅片100的表面的附着物。
该步骤是为了除去散热翅片100表面的氧化物、油性污物等附着物，得到洁净光滑的散热翅片100的表面，从而为形成中间层200提供便利。
一般而言，散热翅片100由散热性能良好的金属材料制备得到，通常是铝或铝合金，其中铝合金可能包含有Mg、Zr、Cr、Cu、Ce等元素；铝或铝合金的散热翅片100可以通过酸洗-水洗(先酸洗再水洗)、碱洗-水洗(先碱洗再水洗)或高温煅烧的方式去除散热翅片100的表面的附着物；预处理后的散热翅片100的表面洁净光滑，没有氧化物、油性污物等附着物的影响，有利于中间层200牢固的贴合到散热翅片100表面。
步骤S2，在散热翅片100表面形成该中间层200；
中间层200作为散热翅片100和催化剂层300的粘合层，实现散热翅片100与催化剂层300的牢靠固定，中间层200具有多孔的结构，从而具有较大的比表面积。
当散热翅片100由铝或铝合金制得时，中间层200优选包含Al2O3成分，包含Al2O3的中间层200可以由散热翅片100直接反应得到，因此，中间层200与散热翅片100是一个整体，不会出现中间层200与散热翅片100粘合不牢的情况，其中Al2O3可以起到粘结剂的作用连接散热翅片100与催化剂层300，且Al2O3具有多种晶型，其中有一些晶型具备优良的孔道结构和稳定性，比表面积较大，非常适合作为中间层200，在本发明的一些实施例中，包含Al2O3的中间层200中的Al2O3分子为γ-Al2O3、β-Al2O3、α-Al2O3中的一种或几种。
在本发明的一些实施例中，步骤S2可选自下述方式之一：
方式一：利用阳极氧化或微弧氧化的方法对散热翅片100的表面进行处理以形成包含Al2O3的中间层200；
方式一：通过喷涂或涂覆包含Al2O3分子、活性剂及胶黏剂的Al2O3浆料到散热翅片100的表面，加热干燥后在散热翅片100的表面形成包含Al2O3的中间层200。
中间层200过薄则无法形成较好的孔道结构，不利于提高比表面积和粘结性能，中间层200过厚则容易影响传热效果，且可能浪费物料，因此在本发明的一些实施例中，优选地，中间层200的厚度为100nm-1000um。
步骤S3，在中间层200的表面形成催化剂层300。
其中，催化剂层300包含金属氧化物成分；金属氧化物的具体种类不受特别限制，只要能够用于热催化氧化空气中的甲醛和苯系物等挥发性有机化合物即可。在本发明的一些实施例中，金属氧化物选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物及Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种。由此，该些金属氧化物的催化氧化的效率较高，且能够长期维持催化活性。
为提高催化剂层300对室内空气净化的效果，可选择性地在催化剂层300的表面沉积贵金属，贵金属的具体种类不受特别限制，只要能够有效用于光催化氧化空气中的甲醛和苯系物等挥发性有机化合物即可。在本发明的一些实施例中，贵金属可以选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。由此，催化氧化的效率较高，且在工作温度200℃可以保持催化活性。
催化剂层300的金属氧化物负载到中间层200的表面的方式可以为溶胶-凝胶法、沉淀-沉积法、原位生长法、溅射法以及胶黏剂粘结等方法。为了达到较好的粘结效果，在本发明的一些实施例中，步骤S3的具体操作是：将金属氧化物对应的可溶性盐与铝溶胶[a(Al2O3·nH2O)·bHx·cH2O，其中：Al2O3·nH2O为水合氧化铝，Hx为胶溶剂，系数：b<a、c、n]进行混合得到催化剂料浆，将形成有中间层200的散热翅片100浸渍于该催化剂料浆中一段时间，加热干燥后在中间层200的表面形成催化剂层300。在制备催化剂料浆时添加铝溶胶的目的一是为了增加金属氧化物组分的比表面积，有利于催化反应的进行；二是由于铝溶胶在脱水干燥生成氧化铝的过程中，生成的氧化铝能够作为连接组分更好的与中间层200的氧化铝进行结合，能使负载的催化剂均匀的分散到载体表面及孔道中，且能够通过化学键的作用紧密连接该含Al2O3的中间层200，避免催化剂层300脱落的现象。
兹将本发明PTC加热净化器的制备方法的实施例详细说明如下，但本发明并非局限在实施例范围。
实施例1：
将PTC加热净化器的铝质的散热翅片100浸入稀盐酸中，待散热翅片100表面氧化膜被反应掉，裸露出纯铝；再将散热翅片100从稀盐酸中取出，用大量蒸馏水进行清洗，除去残存的盐酸；
将预处理后的散热翅片100作为阳极，石墨为阴极，进行阳极氧化处理，其中阳极氧化液为硫酸-草酸体系，硫酸的浓度为0.06-0.3mol/L，草酸的浓度为0.06-0.3mol/L，阳极氧化处理的电压为100V，氧化时间为0.5-5h。
将含有金属Mn、Co的可溶性盐与铝溶胶进行混合，将形成了中间层200的散热翅片100浸入该混合溶液中，浸渍处理1-5h，烘箱干燥8h，得到实施例1的PTC加热净化器。
实施例2：
将PTC加热净化器的铝质的散热翅片100浸入稀盐酸中，待散热翅片100表面氧化膜被反应掉，裸露出纯铝；再将散热翅片100从稀盐酸中取出，用大量蒸馏水进行清洗，除去残存的盐酸；
将Al2O3与活性剂、胶黏剂组分进行混合，得到Al2O3浆料；利用压缩空气喷枪或者其它喷涂设备，控制压力为1-9Mpa喷射到散热翅片100的表面，然后将喷涂后的散热翅片100的表面载体放入60-120℃(优选为80℃)烘箱中进行烘干10-120min。
将含有金属Mn、Co的可溶性盐与铝溶胶进行混合，将PTC加热净化器的散热翅片100浸入该混合溶液中，浸渍处理1-5h，烘箱干燥8h，得到实施例2的PTC加热净化器。
将实施例1和实施例2的PTC加热净化器安装在空调器中，按照国标的方法在30m3的密封舱中进行除甲醛测试实验，1小时的平均净化效率为49％，2小时的平均净化效率72％，5小时的平均净化效率为92％。本发明的PTC加热净化器可以将甲醛等污染物彻底氧化成水和二氧化碳，无任何二次污染物产生，在开启PTC加热净化器的加热功能的状态下，催化效果更优。
本发明还提出一种电器，该电器包括PTC加热净化器，该PTC加热净化器的具体结构参照上述实施例，由于本电器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
所述电器为选自空调器、热风幕机、去湿机、干燥机、暖风机和空气净化器中的一种，国内绝大多数的具有制热功能的用于空气调节的电器都配有PTC加热器，使用本发明的PTC加热净化器代替现有的PTC加热器，不需要额外的净化组件安装到该些电器中，即可同时具有净化空气的功能；以空调器为例，利用空调器的通风系统实现净化功效，增加了空调器的功能，其能够在空调器通风的过程中实现对室内环境中挥发性有机化合物的有效吸附净化作用。为了进一步增强室内环境净化的效果，可选择性的启动PTC加热净化器的加热功能，实现室内环境的高效快速净化的结果；不仅结构简单，易于实现，且成本较低，易于推广应用。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种PTC加热净化器，其特征在于，包括PTC发热元件及散热翅片，所述散热翅片的表面形成有用于催化分解挥发性有机化合物的催化剂层，所述散热翅片的表面与所述催化剂层之间，还形成有用于粘结所述散热翅片与所述催化剂层的多孔的中间层。
2.如权利要求1所述的PTC加热净化器，其特征在于，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分。
3.如权利要求1所述的PTC加热净化器，其特征在于，所述催化剂层包含金属氧化物成分，所述金属氧化物选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物及Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种。
4.如权利要求1所述的PTC加热净化器，其特征在于，所述催化剂层的表面沉积有贵金属，所述贵金属选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的PTC加热净化器，其特征在于，所述中间层的厚度为100nm-1000um。
6.一种如权利要求1所述的PTC加热净化器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对所述散热翅片进行预处理，除去所述散热翅片的表面的附着物；
在所述散热翅片的表面形成所述中间层；
在所述中间层的表面形成所述催化剂层。
7.如权利要求6所述的PTC加热净化器的制备方法，其特征在于，所述对所述散热翅片进行预处理，除去散热翅片表面的附着物的步骤具体包括：通过酸洗-水洗、碱洗-水洗或高温煅烧的方式去除所述散热翅片的表面的附着物。
8.如权利要求6所述的PTC加热净化器的制备方法，其特征在于，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分，
所述散热翅片的表面形成所述中间层的步骤，可选自以下其中之一方式：
方式一：利用阳极氧化或微弧氧化的方法对完成预处理的所述散热翅片的表面进行处理以形成所述中间层；
方式二：通过喷涂或涂覆包含Al2O3分子、活性剂及胶黏剂的Al2O3浆料到完成预处理的所述散热翅片的表面，加热干燥后在所述散热翅片的表面形成所述中间层。
9.如权利要求6所述的PTC加热净化器的制备方法，其特征在于，所述散热翅片由铝或铝合金制得，所述中间层包含Al2O3成分，所述催化剂层包含金属氧化物成分，所述金属氧化物选自Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物及Mn、Co、Ti、Ce、Cu、Fe、Ni的氧化物的复合物中的至少一种，所述在所述中间层的表面形成所述催化剂层的步骤具体包括：
将所述金属氧化物对应的可溶性盐与铝溶胶进行混合得到催化剂料浆，将形成有中间层的所述散热翅片浸渍于该催化剂料浆中一段时间，加热干燥后在所述中间层的表面形成催化剂层。
10.一种电器，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的PTC加热净化器，所述电器为选自空调器、热风幕机、去湿机、干燥机、暖风机和空气净化器中的一种。
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