CN105536994B - 一种静电式空气净化器集尘板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种静电式空气净化器集尘板的制备方法,包括:将聚丙烯塑料板用高锰酸钾/硫酸溶液进行表面氧化处理,酸洗、去离子水清洗,烘干;然后浸入苯胺和盐酸溶液中处理10~30min,5~15℃搅拌条件下滴加过硫酸铵溶液,搅拌反应18~30小时,取出聚丙烯塑料板,洗净,室温晾干,得到表面具有导电材料的聚丙烯塑料板;将得到的聚丙烯塑料板上、下叠放,按照导电材料方向交错排列,两端由导电线或导电板连接。本发明的方法条件温和,安全环保,采用的聚苯胺作为塑料板表面的导电材料,成本低、安全环保,集尘板集尘效果良好,使用寿命长,可有效发挥静电集尘板在空气净化器装置中的作用。
Description
技术领域
本发明属于集尘板的制备领域,特别涉及一种静电式空气净化器集尘板的制备方法。
背景技术
近年来,随着室外空气污染日益加重,尤其是PM2.5颗粒污染物引起人们的重视,室内空气的净化需求日益增多。为解决了室内空气污染问题,各种空气净化技术应运而生,但一些新型技术应用到实际中仍要解决不少技术难题。因此,传统的吸附技术和针对单一污染物的静电集尘技术仍然是净化室内颗粒污染物的主要技术,其它新型技术需要加强研究多种技术的协同效应以及提高净化效率。目前室内空气净化器一般有过滤式空气净化器或静电除尘式空气净化器,利用过滤原理在过滤器中捕获颗粒,或者利用静电吸附原理在板上收集颗粒,达到净化空气的效果。
然而,目前空气净化技术仍存在一些问题。例如:
(1)对于过滤式空气净化器,对细小颗粒过滤效率高,但过滤器所需压降较高,消耗电能大,过滤效率受时间影响大,并且滤网需定期清洁或更新,后期成本较高。
(2)传统的静电除尘式空气净化器以金属板作为集尘板,具有所需压降较低,功率小,收集板可清洗等优点。然而也存在一些缺点,比如金属板间易产生电击穿、漏电现象,从而产生臭氧;也会由于板间距较宽,集尘效率会降低。
(3)目前静电式空气净化器集尘板已经由传统的金属收集板发展到含驻极体材料的塑料陈列通道,含驻极体材料的塑料陈列通道的集尘板是通过涂布导电涂料或施加导电板材而使塑料壁导电,目前屏蔽成本、过滤效率等方面还有待改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种静电式空气净化器集尘板的制备方法,该方法制备过程简单,生产成本低。
本发明的一种静电式空气净化器集尘板的制备方法,包括:
(1)将聚丙烯塑料板用高锰酸钾/硫酸溶液进行表面氧化处理,酸洗、去离子水清洗,烘干;
(2)将步骤(1)中烘干的聚丙烯塑料板浸入苯胺和盐酸溶液中处理10~30min,5~15℃搅拌条件下滴加过硫酸铵溶液,搅拌反应18~30小时,取出聚丙烯塑料板,洗净,室温晾干,得到表面具有导电材料的聚丙烯塑料板;其中,过硫酸铵与苯胺的摩尔量比例为0.6~1.2:1;
(3)将步骤(2)中得到的聚丙烯塑料板上、下叠放形成气体通道,按照导电材料方向交错排列,两端由导电线或板连接,得到静电式空气净化器集尘板。
所述步骤(1)中高锰酸钾/硫酸溶液由0.6mol/L高锰酸钾和0.2mol/L硫酸溶液组成,高锰酸钾与硫酸体积比为0.8~1.2:1。
所述步骤(1)中聚丙烯塑料板使用前在丙酮溶液中超声清洗。
所述步骤(1)中表面氧化处理的时间为4~6小时,温度为45~60℃,聚丙烯塑料板浸入高度为溶液总高度的三分之二。
所述步骤(1)中表面氧化处理后用草酸去除浮色。
所述步骤(2)中苯胺和盐酸溶液由2mol/L盐酸和1mol/L苯胺组成,盐酸与苯胺体积比为0.6~1.5:1;聚丙烯塑料板浸入高度为溶液总高度的三分之二。
所述步骤(2)中处理时间为30~60min。
所述步骤(2)中洗净为分别用盐酸、去离子水洗净。
所述步骤(3)中两端由304不锈钢带连接。
所述步骤(1)中,聚丙烯塑料板用高锰酸钾/硫酸溶液进行表面氧化处理,增加表面粗糙度和亲水性;所述步骤(2)中,通过原位聚合聚苯胺的方法,将聚丙烯板表面制备聚苯胺作为导电材料,得到表面具有导电材料的聚丙烯板;所述步骤(3)中,将得到的聚丙烯板上、下叠放形成气体通道,交错地向塑料板和导电材料区域施加高和低电位可在气流通道中提供充电场所,从而能够从气流中收集颗粒。
本发明提供了一种空气净化装置中静电除尘技术领域的静电集尘板的制备方法,通过原位聚合聚苯胺的方法在聚丙烯板表面制备一层聚合均匀且结合力较好的聚苯胺作为导电材料。结合静电式除尘集尘效率测试装置,测试了集尘板的集尘效率。数据表明本发明采用的聚苯胺作为塑料板表面的导电材料,成本低、安全环保,集尘板集尘效果良好,使用寿命长,可有效发挥静电集尘板在空气净化器装置中的作用。
本发明选用原料来源广泛,价格低廉,反应条件温和的导电高分子材料聚苯胺来代替导电涂料使塑料壁导电,属于以新型表面导电材料为核心的驻极体材料的塑料陈列通道。
有益效果
(1)本发明的集尘板在高压情况下,集尘效果好,板的使用寿命长;
(2)本发明采用苯胺原位聚合方法制得聚苯胺作为导电材料,原料来源广泛且廉价,合成条件温和,安全环保;
附图说明
图1为实施例1和实施例3中集尘板的结构示意图;其中,1为聚丙烯板,2为聚丙烯板表面的导电材料;3为塑料板两端的304不锈钢带;
图2为实施例2中集尘板的结构示意图;其中,1为聚丙烯板,2为聚丙烯板表面的导电材料;3为塑料板两端的304不锈钢带;
图3为本发明中静电集尘板上、下交错叠放形成气流通道的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
聚丙烯板购自深圳市德信塑胶材料有限公司的聚丙烯片材,性能参数如表1所示。所用试剂均为分析纯级别,在使用过程中无需进一步提纯。
表1聚丙烯板的性能参数
项目 | 单位 | 指标 |
密度 | g/cm | 0.96 |
拉伸强度(纵向/横向) | MPa | ≥20.0 |
拉伸弹性模量(纵向/横向) | ≥8X10X | |
冲击强度(缺口)纵向 | KJ/m2 | ≥7.0 |
冲击强度(缺口)横向 | KJ/m2 | ≥3.5 |
维卡软化点 | ℃ | ≥120 |
纵向尺寸变化率(%) | <60 | |
卫生性能符合 | GB13113-91要求 |
实施例1
(1)前处理
a.取15cm×4cm的聚丙烯板,在丙酮溶液中超声清洗15分钟;
b.取9.48g高锰酸钾固体粉末用水稀释至100mL,搅拌均匀;取1.1mL98%硫酸用水稀释至100mL,将两溶液混合,制得氧化处理液。
c.将聚丙烯板浸入氧化处理液中,烧杯口用塑料薄膜密封;
d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中,在60℃下处理6小时;
e.取出聚丙烯板,用草酸去除浮色,再用去离子水充分洗净,烘干。
(2)原位聚合聚苯胺
f.将聚丙烯板用胶带覆盖前后表面,其中正面中间1cm宽度留空,用来聚合聚苯胺;
g.取17.4ml的盐酸用水稀释至75mL,再取10ml苯胺用水稀释至75mL,混合两溶液,搅拌均匀,配成苯胺/盐酸溶液;
h.将聚丙烯板浸入苯胺/盐酸溶液中,处理30min;
i.取24.6g过硫酸铵溶于50ml水中,逐滴加入苯胺/盐酸溶液中,并不断搅拌,温度15℃,反应24小时;
j.取出聚丙烯板,用1mol/L盐酸洗、水清洗,室温晾干,将胶带去除,即得到表面具有导电材料聚苯胺的聚丙烯板,如图1所示,为静电式空气净化器集尘板,其主体呈长方体结构,包括塑料板1,塑料板1表面的导电材料2;集尘板排列时奇数层、偶数层导电材料方向不一致;在塑料板两端有304不锈钢带3。
(3)集尘板组装
k.将聚丙烯板上、下叠放,奇数层聚丙烯板导电材料方向在右方,则偶数层聚丙烯板导电材料方向在左方;
l.用两个不锈钢带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来;
m.两个聚丙烯板间间距为1cm;
n.在拟静电除尘除尘效率测试装置中测试静电集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下,对PM2.5集尘效率达92.83%。
实施例2
(1)前处理
a.取15cm×4cm的聚丙烯板,在丙酮溶液中超声清洗15分钟;
b.取9.48g高锰酸钾固体粉末用水稀释至100mL,搅拌均匀;取1.1mL98%硫酸用水稀释至100mL,将两溶液混合,制得氧化处理液。
c.将聚丙烯板浸入氧化处理液中,烧杯口用塑料薄膜密封;
d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中,在60℃下处理6小时;
e.取出聚丙烯板,用草酸去除浮色,再用去离子水充分洗净,烘干。
(2)原位聚合聚苯胺
f.取17.4ml的盐酸用水稀释至75mL,再取10ml苯胺用水稀释至75mL,混合两溶液,搅拌均匀,配成苯胺/盐酸溶液;
g.将聚丙烯板浸入苯胺/盐酸溶液中,处理30分钟;
h.取24.6g过硫酸铵溶于50ml水中,逐滴加入苯胺/盐酸溶液中,并不断搅拌,温度15℃,反应24小时;
i.取出聚丙烯板,用1mol/L盐酸洗、水清洗,室温晾干,即得到表面具有导电材料聚苯胺的聚丙烯板,如图2所示。
(3)集尘板组装
j.将聚丙烯板上、下叠放,奇数层聚丙烯板导电材料方向在右方,则偶数层聚丙烯板导电材料方向在左方;
k.用两个不锈钢带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来;
l.两个聚丙烯板间间距为1cm;
m.在拟静电除尘除尘效率测试装置中测试静电集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下,对PM2.5集尘效率达90.18%。
实施例3
(1)前处理
a.取10cm×10cm的聚丙烯膜,在丙酮溶液中超声清洗15分钟;
b.取9.48g高锰酸钾固体粉末用水稀释至100mL,搅拌均匀;取1.1mL98%硫酸用水稀释至100mL,将两溶液混合,制得氧化处理液。
c.将聚丙烯膜浸入氧化处理液中,烧杯口用塑料薄膜密封;
d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中,在60℃下处理6小时;
e.取出聚丙烯膜,用草酸去除浮色,再用去离子水充分洗净,烘干。
(2)原位聚合聚苯胺
f.取17.4ml的盐酸用水稀释至75mL,再取10ml苯胺用水稀释至75mL,混合两溶液,搅拌均匀,配成苯胺/盐酸溶液;
g.将聚丙烯膜浸入苯胺/盐酸溶液中,处理30min;
h.取24.6g过硫酸铵溶于50ml水中,逐滴加入苯胺/盐酸溶液中,并不断搅拌,使膜平展的浸在溶液中,温度15℃,反应24小时;
i.取出聚丙烯膜,用1mol/L盐酸洗、水清洗,室温晾干,即得到表面具有导电材料聚苯胺的聚丙烯膜;
j.取10cm×1cm聚苯胺/聚丙烯膜用胶水粘附在聚丙烯板上,即得到表面具有导电材料的聚丙烯板,如图1所示。
(3)集尘板组装
k.将聚丙烯板上、下叠放,奇数层聚丙烯板导电材料方向在右方,则偶数层聚丙烯板导电材料方向在左方;
l.用两个不锈钢带分别将聚丙烯板的左右两端连接起来;
m.两个聚丙烯板间间距为1cm;
n.在拟静电除尘除尘效率测试装置中测试静电集尘板集尘效率。在0.5m/s风速下,对PM2.5集尘效率达76.91%。
选择具有代表性的经处理的聚丙烯板,进行电阻率测试,并将组成的集尘板进行静电集尘效率测试。其测试结果如下:聚丙烯板表面导电区域经KTS-9型双电测四探针测试仪测试电阻率为40~60Ω·cm。接下来,再对静电集尘板进行静电除尘集尘率测试,结果如下:
一个由11个15cm×3cm聚丙烯板的阵列,板间间距是10mm,导电材料区域是10cm×3cm,测试实验中结合激光测霾仪对各粒径颗粒的浓度读数,集尘效率根据以下公式计算:
式中,C:尘粒的浓度。
以PM2.5颗粒为例,测试不同风速下的集尘效率,结果由表2所示。
表2不同风速下对PM2.5颗粒的集尘效率测试结果
风速(m/s) | 集尘效率(%) |
0.5 | 90.18 |
1.0 | 81.52 |
2.0 | 68.47 |
由实例1制备的集尘板,即导电材料区域是10cm×1cm时,风速为0.5m/s时,对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表3所示。
表3导电区域10cm×1cm对不同粒径颗粒的集尘效率测试结果
颗粒名称 | 集尘效率(%) |
PM1.0 | 90.64 |
PM2.5 | 92.83 |
PM10 | 93.45 |
由实例2制备的集尘板,当风速为0.5m/s时,对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表4所示。
表4导电区域10cm×3cm对不同粒径颗粒的集尘效率测试结果
颗粒名称 | 集尘效率(%) |
PM1.0 | 87.94 |
PM2.5 | 90.18 |
PM10 | 90.66 |
由以上测试可以看出,大面积的导电区域会降低集尘板的集尘面积,从而降低集尘效率。由实例3制备的集尘板,即导电材料区域是10cm×1cm时,风速为0.5m/s时,对各粒径颗粒污染物的集尘效率由表5所示。
表5导电区域为10cm×1cm导电塑料膜对不同粒径颗粒的集尘效率测试结果
颗粒名称 | 集尘效率(%) |
PM1.0 | 74.43 |
PM2.5 | 76.91 |
PM10 | 80.77 |
通过对制造的集尘板进行静电集尘测试,得到对PM2.5静电集尘率可达92.83%,对PM10静电集尘率可达93.45%,说明用聚苯胺作为塑料板表面的导电材料制得的静电式集尘板具有良好的静电除尘效果。
Claims (1)
1.一种静电式空气净化器集尘板的制备方法,包括:
(1)前处理
a.取15cm×4cm的聚丙烯板,在丙酮溶液中超声清洗15分钟;
b.取9.48g高锰酸钾固体粉末用水稀释至100mL,搅拌均匀;取1.1mL 98%硫酸用水稀释至100mL,将两溶液混合,制得氧化处理液;
c.将聚丙烯板浸入氧化处理液中,烧杯口用塑料薄膜密封;
d.将烧杯置于恒温磁力搅拌水浴锅中,在60℃下处理6小时;
e.取出聚丙烯板,用草酸去除浮色,再用去离子水充分洗净,烘干;
(2)原位聚合聚苯胺
f.将聚丙烯板用胶带覆盖前后表面,其中正面中间1cm宽度留空,用来聚合聚苯胺;
g.取17.4ml的盐酸用水稀释至75mL,再取10ml苯胺用水稀释至75mL,混合两溶液,搅拌均匀,配成苯胺/盐酸溶液;
h.将聚丙烯板浸入苯胺/盐酸溶液中,处理30min;
i.取24.6g过硫酸铵溶于50ml水中,逐滴加入苯胺/盐酸溶液中,并不断搅拌,温度15℃,反应24小时;
j.取出聚丙烯板,用1mol/L盐酸洗、水清洗,室温晾干,将胶带去除,即得到表面具有导电材料聚苯胺的聚丙烯板;所述静电式空气净化器集尘板,其主体呈长方体结构,包括塑料板1,塑料板1表面的导电材料2;集尘板排列时奇数层、偶数层导电材料方向不一致;在塑料板两端有304不锈钢带3;
(3)集尘板组装
k.将聚丙烯板上、下叠放,奇数层聚丙烯板导电材料方向在右方,则偶数层聚丙烯板导电材料方向在左方;
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Granted publication date: 20171226 Termination date: 20210105 |