CN105464574B - 具有光催化功能的防pm2.5纳米纱窗 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，所述窗纱由纳米空气过滤膜、光催化膜和夹碳无纺布构成，其中纳米空气过滤膜由分散的纳米醋酯纤维丝构成，形成许多孔径为0.5～1μm的纳米孔，纳米过滤膜的孔隙率为85％～98％；所述的光催化膜选用TiO2/SiO2复合纳米管构成，管径300～350nm，管长1～3μm。本发明的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗不仅能够有效的阻挡室外PM2.5进入室内，而且在太阳光的作用下光催化大气中的低浓度有害气体，同时保持良好的采光、通气效果。
Description
技术领域
本发明属于环保设备领域，涉及大气净化产品，尤其涉及一种可以针对PM2.5具有截留作用的同时还能够光降解去除大气中的有害气体的净化设备，具体涉及一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗。
背景技术
PM污染在最近几年变得越来越严重，PM污染包括较大的微粒及不能被肺部过滤而影响健康的微粒，根据最近的一项研究成果，在中国更小的不能被肺部过滤的微粒对健康影响很大，是中国排名第四的致死原因。在中国，每年约有123万人因此死亡。此外，室内有害气体污染也引起世界各国的关注。目前，在室内已经检出的挥发性有机物多大500余种，其中致癌物质20余种，治病物质200余种。
市场上现有纱窗的孔径都非常大，虽然透气率很高，但是空气中的尘埃、小颗粒以及有害气体也随着空气从大孔径的纱窗飘进了室内，严重时导致室内也沉浸在雾霾空气中，使得家人身体健康深受影响。
通过对现有专利的检索发现我们发现，申请号为201310712418.0的中国发明专利申请公开了一种净化空气可降解纱窗用夹层材料，是通过将静电纺丝制得的无纺布置于两层支撑层之间而形成的，无纺布的纤维直径为500nm～5μm，孔径为300nm～30μm，孔隙率大于75％。然而，由于该静电纺丝制得的无纺布的孔径分布范围过大，导致其对PM2.5颗粒物的过滤效果较差；同时，该静电纺丝工艺复杂，稳定性欠佳，成本过高，不利于实际推广应用。申请号为201420183367.7的实用新型专利公开了一种防雾霾纱窗，通过聚四氟乙烯材料制作的空气过滤膜来防雾霾，膜上设置有孔径为0.5-1μm的小孔，这种纱窗具有良好的防雾霾和透气、采光效果，而且成本低，易清洗。但是这种防雾霾纱窗对于有害气体不能有效的阻挡，同时制作工艺复杂，不利于推广。
因此亟需开发一种低成本，效果稳定的，既能阻挡大气中颗粒物污染，又能对大气的中的有害气体有较好的去除效果的纱窗。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种低成本，效果稳定的，既能阻挡大气中颗粒物污染，又能对大气的中的有害气体有较好的去除效果的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，包括窗框和窗纱，所述窗纱由夹碳无纺布层、光催化膜层和纳米空气过滤膜层组成；所述光催化膜层是由TiO2/SiO2复合纳米管固化胶粘在夹碳无纺布层表面而形成的；所述纳米空气过滤膜层是由分散的纳米醋酯纤维短丝固化胶粘在光催化膜层表面而形成的。
优选的，所述TiO2/SiO2复合纳米管的管径为300～350nm，管长为1～3μm。
优选的，所述TiO2/SiO2复合纳米管是以P25型TiO2和正硅酸乙酯为原料，通过溶胶-凝胶方法制备而得的；其中，TiO2与SiO2的质量比为1～1.5:1。更优选为1.5:1。
所述TiO2/SiO2复合纳米管的制备包括如下步骤：
制备模板剂ZnO纳米线；将ZnO纳米线溶于异丙醇中，超声处理后，在强烈搅拌下，加入去离子水、氨水以及正硅酸乙酯，室温下强烈搅拌2～3h后，滴加入四氯化钛，室温下搅拌10～14h；收集沉淀，清洗、真空干燥。
优选的，所述纳米醋酯纤维短丝的长度为0.1～0.5μm。
优选的，所述纳米空气过滤膜上的纳米孔直径为100～500nm，孔隙率为85％～98％。
更优选的，所述纳米空气过滤膜上的纳米孔直径为150～200nm，孔隙率为90％～98％。
优选的，所述纳米纱窗还包括可拆卸的设置在窗框四周的窗条，所述窗条上设有若干凹槽，所述窗框上设有若干与所述凹槽相适配的凸形槽，所述窗纱设置在窗框和窗条之间，所述窗纱与所述凸形槽相对应的位置设有通孔，所述凸形槽一一对应通过所述通孔，所述凸形槽的顶部有弹性卡口，所述凸形槽可通过该弹性卡口卡合在所述凹槽内。
优选的，所述纳米纱窗还包括设置在窗条上的磁铁；所述窗框选用磁性金属材质。
本发明还涉及一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、在夹碳无纺布表面喷洒强力液体固化胶；
S2、将TiO2/SiO2复合纳米管喷洒在粘有强力固化胶的夹碳无纺布上；
S3、将纳米醋酯纤维短丝喷洒在步骤S2获得的夹碳无纺布上，经负压反向吸丝加固，强化纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和强力固化胶的咬合；
S3、在温度为60～300℃，压力为0.1～10MPa下热轧处理，得窗纱；
S4、将所述窗纱安装在窗框上，即得所述具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗。
优选的，所述纳米醋酯纤维短丝喷洒在步骤S1获得的夹碳无纺布上时，喷洒的纳米醋酯纤维短丝厚度为10～80μm，纤维间孔隙直径为100～500nm，且纤维间有交融重叠。
优选的，所述负压反向吸丝是通过真空滚筒来实现的。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗不仅能够阻碍大气中的颗粒物，还能够阻挡紫外线和花粉的话，而且生产方便，便于工业化生产及运输。
2、本发明的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，还能够利用太阳光光催化降解大气中的有害气体，而且没有耗能，绿色环保。
3、本发明的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗可拆卸，也是软性纱布可以圈起来放置，易洗易干，不霉不蛀。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗的结构示意图；
图2为制备具有光催化功能的防PM2.5纳米窗纱的专用设备结构示意图；
其中，1、窗框，2、圆形凹槽，3、窗条，4、纳米过滤膜层，5、光催化膜层，6、夹碳无纺布层，7、第一动轴，8、固体胶高压喷洒头，9、第一过渡辊，10、TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒，11、进料口，12、醋酯纤维短丝高压滚筒，13、真空滚筒，14、热压实辊，15、第二过渡辊，16、第二动轴。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例涉及的一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗包括窗框1和窗纱；所述窗纱由夹碳无纺布层6、光催化膜层5和纳米空气过滤膜层4依次组成。窗框1四周设有铝合金材质的窗条3，将窗纱放置于窗框1内，可将窗条3用JL-109特种金属焊接丙烯酸AB胶粘在窗框1上，实现防PM2.5纳米纱窗的组装。这种组装方便，其不足在于不可拆卸。
本实施例的铝合金材质的窗条3是可拆卸的，窗条3上均匀设有若干圆形凹槽2，口径为0.5cm，窗框1上设有若干与所述圆形凹槽2相适配的凸形槽，凸形槽口径为0.45cm。组装时，将窗纱放置在窗框1和窗条3之间，在窗纱与窗框1上的凸形槽相对应的位置设置圆形通孔，所述凸形槽一一对应地通过上述圆形通孔，凸形槽的顶部还设有弹性卡口，进而使得凸形槽通过该弹性卡口卡合在窗条3上的圆形凹槽2内，即可完成防PM2.5纳米纱窗的组装。
为了更好的将窗纱固定在窗框1和窗条3之间，在窗条3的四周采用高强度磁铁胶水JK-1498粘上磁条，由于窗框1为磁性铝合金材质，因而在窗框1和窗条3原有的弹性卡合固定的基础上增加了磁力相吸固定；即本实施例中的防PM2.5纳米纱窗是通过弹性卡合和磁力相吸的双重固定方式予以组装的，进而提高本发明的防PM2.5纳米纱窗的稳定性和使用寿命。
本实施例的窗纱由三层材料(夹碳无纺布层、光催化膜层和纳米空气过滤膜层)依次组成；可以是三层材料的叠加，优选三层材料是紧密贴合的，更优选将三层材料一体化制备而成。一体化制备方法包括如下步骤：
S1、以夹碳无纺布作为膜载体，利用高压喷洒头在夹碳无纺布表面喷洒强力液体固化胶；
S2、TiO2/SiO2复合纳米管作为光催化膜原料，将TiO2/SiO2复合纳米管喷洒在粘有强力固化胶的夹碳无纺布上；
S3、二型纳米醋酯纤维短丝作为纳米空气过滤膜原料，将二型纳米醋酯纤维短丝喷洒在步骤S2获得的夹碳无纺布上，经负压反向吸丝加固，强化二型纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和强力固化胶的咬合；
S3、在温度为60～300℃，压力为0.1～10MPa下热轧处理，即得具有光催化功能的防PM2.5纳米窗纱。该热轧处理工艺可实现更好地压实纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和夹碳无纺布紧密程度。
本实施例的TiO2/SiO2复合纳米管，通过溶胶-凝胶工艺制备，其中TiO2以P25(Degussa)为原材料，SiO2以正硅酸乙酯(TEOS)为原材料，TiO2/SiO2为6：4。
TiO2/SiO2复合纳米管具体制作步骤如下：首先，制备模板剂ZnO纳米线。将硫酸锌溶于NaOH溶液中，以上溶液在室温条件下搅拌30min。然后向上述溶液中加入水合肼，室温下强烈搅拌30min。将混合物放在聚四氟乙烯反应釜中，水热反应90℃，保持5h。水热反应后，将沉淀用无水乙醇和去离子水进行离心过滤和清洗，清洗后的样品置于真空干燥箱中干燥8h，温度保持50℃。
其次，制备复合纳米管。将ZnO纳米线溶于异丙醇中，超声处理10min。在强烈搅拌下，将去离子水、氨水以及正硅酸乙酯加入上述溶液中，加入后，室温下强烈搅拌3h后，向上述溶液中滴加四氯化钛，室温下搅拌12h。搅拌后，得到白色沉淀物，将沉淀物分离后，用去离子水以及稀盐酸溶液离心过滤和清洗，清洗后的样品置于真空干燥箱中干燥，即得TiO2/SiO2复合纳米管。本实施例制得的TiO2/SiO2复合纳米管的管径为300～350nm，管长为1～3μm，
本实施例的具有光催化功能的防PMN2.5的窗纱的制备方法涉及的专用设备如图2所示，包括TiO2/SiO2复合纳米管存储钢瓶、醋酯纤维存储钢瓶、固体胶高压喷洒头8和依次相连的第一动轴7、第一过渡辊9、TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒10、醋酯纤维短丝高压滚筒12、真空滚筒13、热压实辊14、第二过渡辊15和第二动轴16，所述固体胶高压喷洒头8设于第一过渡辊9进料端口上方，所述TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒10表面均布微孔喷丝头，所述TiO2/SiO2复合纳米管存储钢瓶高压滚筒的进料口11通过PVC管与TiO2/SiO2复合纳米管存储钢瓶相连，所述TiO2/SiO2复合纳米管存储钢瓶中的TiO2/SiO2复合纳米管经PVC管输送至所述TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒10进行喷洒；所述醋酯纤维短丝高压滚筒12表面均布微孔喷丝头，所述醋酯纤维短丝高压滚筒的进料口11通过PVC管与所述醋酯纤维存储钢瓶相连，所述醋酯纤维存储钢瓶中的碎醋酯纤维短丝经管道(PVC管)输送至所述醋酯纤维短丝高压滚筒12进行喷洒。
第一动轴7通过变频驱动装置驱动下放夹碳无纺布，通过第一过渡辊7进行转向，同时强力液体固化胶从固体胶高压喷洒头8喷洒在夹碳无纺布上,所述喷洒宽度与夹碳无纺布的宽度相适配；然后经过TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒10将TiO2/SiO2复合纳米管喷洒在粘有强力液体固化胶的夹碳无纺布上，接着再通过TiO2/SiO2复合纳米管高压滚筒10上安装的滤布转向外轴到达醋酯纤维短丝高压滚筒12；再经过醋酯纤维短丝高压滚筒12将纳米醋酯纤维短丝喷洒在喷洒了TiO2/SiO2复合纳米管的夹碳无纺布上；接着再通过纳米醋酯纤维短丝高压滚筒12上安装的滤布转向外轴到达真空滚筒13，负压反向吸丝加固，强化纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和强力固化胶的咬合程度，然后经真空滚筒13上安装的滤布转向外轴到达热压实辊14(可为两轧辊或两平板形式)，通过热辊压再次压实纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和夹碳无纺布紧密程度；最后通过第二过渡辊15和第二动轴16卷起制备好的成品，即得由纳米空气过滤膜、光催化膜和夹碳无纺布一体化压成的具有光催化功能的防PM2.5纳米窗纱，其中，分散的TiO2/SiO2复合纳米管固化胶粘在膜载体表面形成了光催化膜，分散的纳米纤维短丝交叉重叠固化胶粘在光催化膜表面形成了纳米空气过滤膜。
本实施例中，所述强力液体固化胶选用纤维布粘木板胶水K-7007。为了提高喷洒的均匀度以及实现碎纳米醋酯纤维短切丝和强力固化胶粘在夹碳无纺布上形成错落有致的纳米微孔，在强力液体固化胶从高压喷洒头喷洒到无纺布上时，所述喷洒宽度应当与无纺布的宽度相适配，且选用的纳米醋酯纤维短丝的直径为0.1～0.5μm，长度为500～1000nm；喷洒厚度为10～80μm，且纤维间有交融重叠；形成的纳米空气过滤膜上的纳米孔直径为100～500nm，孔隙率为85％～98％。
经检测，本发明的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗透气率为101mm/s，透光率58％。另外在雾霾天气情况下，通过PM2.5和VOCs监测仪在10m2的房间内进行一组实验。实验结果如下表1所示：
表1
通过以上表1的数据可知，安装了一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗和有害气体的去除效果非常好，充分说明本发明的种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗能够有效的拦截PM2.5和有害的气体，保证室内空气的质量。同时采光、通风效果不受干扰，而且生产简单、成本低廉，易于被市场接受。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，包括窗框和窗纱，其特征在于，所述窗纱由夹碳无纺布层、光催化膜层和纳米空气过滤膜层组成；所述光催化膜层是由TiO2/SiO2复合纳米管固化胶粘在夹碳无纺布层表面而形成的；所述纳米空气过滤膜层是由分散的纳米醋酯纤维短丝固化胶粘在光催化膜层表面而形成的；
所述TiO2/SiO2复合纳米管的管径为300～350nm，管长为1～3μm；
所述TiO2/SiO2复合纳米管是通过包括如下步骤的方法制备而得的：制备模板剂ZnO纳米线；将ZnO纳米线溶于异丙醇中，超声处理后，在强烈搅拌下，加入去离子水、氨水以及正硅酸乙酯，室温下强烈搅拌2～3h后，滴加入四氯化钛，室温下搅拌10～14h；收集沉淀，清洗、真空干燥。
2.根据权利要求1所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，其特征在于，所述TiO2/SiO2复合纳米管是以P25型TiO2和正硅酸乙酯为原料，通过溶胶-凝胶方法制备而得的；其中，TiO2与SiO2的质量比为1～1.5:1。
3.根据权利要求1所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，其特征在于，所述纳米醋酯纤维短丝的长度为0.1～0.5μm。
4.根据权利要求1所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，其特征在于，所述纳米空气过滤膜上的纳米孔直径为100～500nm，孔隙率为85％～98％。
5.根据权利要求1所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，其特征在于，所述纳米纱窗还包括可拆卸的设置在窗框四周的窗条，所述窗条上设有若干凹槽，所述窗框上设有若干与所述凹槽相适配的凸形槽，所述窗纱设置在窗框和窗条之间，所述窗纱与所述凸形槽相对应的位置设有通孔，所述凸形槽一一对应通过所述通孔，所述凸形槽的顶部有弹性卡口，所述凸形槽可通过该弹性卡口卡合在所述凹槽内。
6.根据权利要求5所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗，其特征在于，所述纳米纱窗还包括设置在窗条上的磁铁；所述窗框选用磁性金属材质。
7.一种根据权利要求1所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、在夹碳无纺布表面喷洒强力液体固化胶；
S2、将TiO2/SiO2复合纳米管喷洒在粘有强力固化胶的夹碳无纺布上；
S3、将纳米醋酯纤维短丝喷洒在步骤S2获得的夹碳无纺布上，经负压反向吸丝加固，强化纳米醋酯纤维短丝、TiO2/SiO2复合纳米管和强力固化胶的咬合；
S3、在温度为60～300℃，压力为0.1～10MPa下热轧处理，得窗纱；
S4、将所述窗纱安装在窗框上，即得所述具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗。
8.根据权利要求7所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗的制备方法，其特征在于，所述纳米醋酯纤维短丝喷洒在步骤S1获得的夹碳无纺布上时，喷洒的纳米醋酯纤维短丝厚度为10～80μm，纤维间孔隙直径为100～500nm，且纤维间有交融重叠。
9.根据权利要求7所述的具有光催化功能的防PM2.5纳米纱窗的制备方法，其特征在于，所述负压反向吸丝是通过真空滚筒来实现的。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20200422 Address after: 210000 floor 2, building F8, No.9 Kechuang Avenue, Zhongshan Science Park, Jiangbei new district, Nanjing, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Huarui Juhui environmental testing Co., Ltd Address before: No. 607, floor 6, unit 3, building 7, No. 399, west section of Fucheng Avenue, Chengdu high tech Zone, Chengdu pilot Free Trade Zone, Sichuan 610015 Patentee before: Zhongdihongtong Engineering Technology Co., Ltd |
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