CN106110763A - 一种空气净化滤网及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气净化滤网及其制备方法，空气净化滤网由载体和催化剂组成，载体由泡沫陶瓷组成，泡沫陶瓷通过酸性活化剂活化后再通过表面改性剂表面改性，催化剂包括氧化锰、氧化镍和氧化铈。空气净化滤网的制备方法，用酸性活化剂浸泡泡沫陶瓷，使得酸性活化剂对泡沫陶瓷的表面及内部空隙进行活化处理，再用表面改性剂浸泡洗净的泡沫陶瓷，将锰盐、镍盐、铈盐和表面活性剂溶解于水中在常温下进行搅拌，再加入强碱将pH调节至8.0‑10.5，反应1‑30h后过滤，将所得滤渣与硅微粉进行混合得到浆料；通过喷涂机将浆料喷洒到载体的表面及孔道内部，最后在200‑450℃下煅烧0.5‑6h。本发明制备的空气净化滤网具有风阻小，粘合牢固和净化效率高的特点。

Description

一种空气净化滤网及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种空气净化滤网及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，随之而来的空气污染问题也日益严重，室内空气污染也开始威胁着人类的健康。目前在空气净化产品的行业中，对于空气中的颗粒污染物的净化效果普遍都能满足人们生活中的需求，然而室内空气中也含有大量的来自大气中的挥发性有害气体以及来自家具建材会发出的甲醛等有害气体成分，这些有害气体会严重损害人体的健康，而且难以通过简单的过滤清除。
目前主要采用空气净化器产品进行针对性的空气净化处理，而市场上主流的空气净化器产品主要是采用沾有净化材料的滤网对有害气体进行吸附清除，滤网的粘合面积有限，净化空气的接触面积不大，大大限制了其净化效果，且在使用过程中，仅被简单粘合到滤网上的净化材料容易脱落，散发到空气中之后易损害人体的健康。
CN 102363087 A公开了一种空气净化过滤网，框架上安装网，网表面覆盖空气净化材料，且采用光触媒作为空气净化材料。具有吸附能力强、使用寿命长、净化空气效果好的特点。然而在安装到空气净化器后的使用过程中，在风力的作用下，该净化滤网上简单粘合的空气净化材料容易脱落而随风进入到室内空气中，对人体的健康不利。
CN 103566668 A公开了一种空气净化过滤网，采用颗粒状的活性炭和远红外吸附材料填充作为空气净化材料。可以有效净化空气中的有害气体，且可以长效释放出远红外，起到消毒的作用。但是净化材料在制备成颗粒状之后，其中的有效材料与空气的接触面大大减少，其净化效率也会相应的降低。所以，很有必要研发出一种可应用于空气净化器产品的高性能空气净化滤网。
泡沫陶瓷具有强度高、硬度大、孔道分布密度大且孔道小、比表面积大的特点，经常用于充当粉体的骨架载体材料。然而，当应用于空气净化滤网中充当骨架载体材料时，通常采用浸渍法或涂覆法将净化材料添加上去。浸渍法添加净化材料往往是将泡沫陶瓷片浸没到含有净化材料的溶液中，干燥后得到所需要的净化滤网。由于净化材料在溶液被稀释了，故通过浸渍法得到的空气净化滤网中净化材料的含量有限，难以提升其空气净化能力。所谓的涂覆法就是将净化材料调制成浆料后，将浆料涂覆到泡沫陶瓷上，烘干后得到空气净化滤网。在采用涂覆法制备的空气净化滤网中，泡沫陶瓷的内部通常难以完全粘上净化材料，导致净化材料的有效净化面积减少，难以达到最佳的净化效果。另外，在用泡沫陶瓷为载体的空气净化滤网中，净化材料都是通过普通的粘结剂粘合到泡沫陶瓷表面和内部孔道中，在空气净化器的使用中容易脱落，随风溢出的净化材料对使用者的健康不利。
在净化材料这一方面，目前研究较多的有以物理吸附清除有害气体的活性炭等多孔吸附材料；还有催化有害气体分解的催化剂材料。其中催化分解材料可以将有害气体催化分解，杜绝了二次污染。目前常用的催化分解材料主要有光催化分解材料、贵金属、稀土金属氧化物、过渡金属及其氧化物等。其中光催化分解材料需要有光照的情况下才能使用，不适用于全天运行的空气净化器设备；贵金属材料具有优秀的催化性能，但是其昂贵的价格局限了其应用范围，难以应用到普遍的空气净化器产品中；由于价格低廉且催化活性较高，过渡金属、稀土金属及其氧化物开始吸引了人们的目光，成为催化剂材料。然而，由于原子结构和尺寸存在互补性，所以通常会选用两种以上的催化剂材料制备成复合催化剂，以便起到协同作用，提高材料的催化性能。
发明内容
基于上述所提到的问题，本发明的一个目的在于提供一种高性能空气净化滤网及其制备方法，这种空气净化滤网具有风阻小，使用安全和净化效率高的特点；且净化材料的制备工艺要求简单易于放大操作，非常适合工业化批量生产。
为了实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：一种空气净化滤网，由载体和催化剂组成，载体由泡沫陶瓷组成，泡沫陶瓷通过酸性活化剂活化处理后再通过表面改性剂进行表面改性处理，催化剂是包括氧化锰、氧化镍和氧化铈复合催化剂。
具体地，该高性能空气净化滤网，采用风阻小，具有多孔结构泡沫陶瓷作为载体，制备出能高效催化分解空气中挥发性有害气体的复合催化剂材料浆料，并将复合催化剂浆料涂覆与泡沫陶瓷载体上，最后烘干处理后得到空气净化器用高性能空气净化滤网。
本发明在制备空气净化滤网的过程中，首先将泡沫陶瓷的表面和内部空气进行活化和改性处理，改变其表面性能，大大提高泡沫陶瓷对净化材料的亲和性能；另外是利用喷涂法将净化材料制备成的浆料喷涂到泡沫陶瓷的表面和内部，使得泡沫陶瓷的内部孔道也能负载上净化材料，增加了净化材料的负载量，提高了空气净化滤网的净化能力。
在制备空气净化滤网的过程中，采用氧化铝泡沫陶瓷作为净化滤网的骨架材料。为了使得净化材料能更牢固的粘合在骨架材料上，先后对泡沫陶瓷进行表面的活化和改性处理，以增强泡沫陶瓷对空气净化材料的粘合力，提高其粘合效率。采用酸性活化剂浸泡泡沫陶瓷对其表面及内部空隙进行活化反应处理后，取出清洗干净，再用表面改性剂浸泡对其进行表面改性处理待用。
净化材料采用沉淀法生产，将锰盐、镍盐、铈盐和表面活性剂溶解于水中在常温下进行搅拌得到混合液，待充分溶解之后再加入强碱将混合液的pH调节至8.0-10.5之后，反应1-30h后过滤得到滤渣，最后将所得滤渣与硅微粉按照质量比1∶0.1-9进行混合得到浆料，再通过喷涂机将所得浆料喷洒到空气净化滤网用载体的表面及孔道内部得到空气净化滤网前驱体，最后将空气净化滤网前驱体在200-450℃下煅烧0.5-6h后得到空气净化滤网。
作为优选，所述的泡沫陶瓷选用氧化铝泡沫陶瓷；
作为优选，所述的酸性活化剂可以选用盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种或任意几种的混合物；
作为优选，所述的酸性活化剂中氢离子的浓度范围为0.01-3mol/L；
作为优选，所述的泡沫陶瓷活化处理的温度为0-95℃；
作为优选，所述的泡沫陶瓷活化处理的时间为0.1-30h；
作为优选，所述的表面改性剂选用羧甲基纤维素(CMC)；
作为优选，所述的表面改性剂的浓度范围为0.1-5mol/L；
作为优选，所述的泡沫陶瓷表面改性处理温度为0-95℃；
作为优选，所述的泡沫陶瓷表面改性处理时间为0.1-30h；
作为优选，所述的锰盐可以选用硫酸锰、硝酸锰、氯化锰和醋酸锰中的任意一种或多种；
作为优选，所述的镍盐可以选用硫酸镍、氯化镍、硝酸镍中的任意一种或多种；
作为优选，所述的铈盐可以选用硝酸铈、硫酸铈、硝酸铈按、硫酸铈铵中的任意一种或多种；
作为优选，所述的表面活性剂可以选用羧甲基纤维素(CMC)、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠任意一种或多种；
作为优选，所述的强碱可以选用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水任意一种或多种；
作为优选，所述的硅微粉可以选用气相法生产的超细硅微粉；
作为优选，所述的锰盐、镍盐和铈盐的投料摩尔比为(1.12-1.55)∶(0.17-0.35)∶(0.036-0.11)，其中优选配比为(1.36-1.55)∶(0.17-0.28)∶(0.036-0.07)。
作为优选，所述的表面活性剂的添加量占溶液的总质量比为0.01％-4％。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、采用风阻小，接触面大的泡沫陶瓷作为净化滤网的骨架材料，净化效率更高；
2、将泡沫陶瓷的表面性能进行改性处理，增强了其表面亲和性，结合煅烧工艺，可以将净化材料进行更牢固的粘合，防止其在使用过程中脱落，增强了该净化滤网的使用安全性能；
3、采用复合金属氧化物催化剂，具有更高效的催化性能。
附图说明
图1为所述空气净化滤网制备流程图
图2为所制备的催化剂材料的SEM图
具体实施例
实施例1
在200g纯水中依次加入24.98g六水硝酸锰、2.63g六水硫酸镍、1.33g六水硝酸铈和1g羧甲基纤维素，搅拌使之充分溶解直至形成澄清的混合盐溶液。配制2mol/L的氢氧化钠溶液，往上述混合盐溶液中加入9.5mL上述氢氧化钠调节溶液的pH至10，并伴随着剧烈的搅拌，反应2h后，抽滤混合溶液，得到滤渣待用。
取一块尺寸合适的泡沫陶瓷片清洗干净并烘干待用，并配制1mol/L的盐酸溶液和2mol/L的CMC溶液。将上述泡沫陶瓷片放入到1mol/L的盐酸溶液中，室温浸渍2h后，取出用纯水清洗待用；再将上述活化后的泡沫陶瓷放入到2mol/L的CMC溶液中，室温浸渍10h后取出待用。
将上述滤渣与8.0g硅微粉混合，加入少量的无水乙醇进行调浆，得到适合的浆料后用喷涂机将浆料喷涂到上述改性后的泡沫陶瓷片上，混合均匀之后再放入到400℃条件下煅烧1h后取出，冷却后即得到了高效空气净化滤网。
在上述制备的高效空气净化滤网中，取出面积为10cm2的一块安装到内腔刚好与之相匹配的空气净化器中。将该空气净化器放入到10m3的测试仓内进行测试，另外，将测试舱与甲醛发生器及气相色谱仪相连接。通过蠕动泵将甲醛发生器中产生的甲醛鼓入测试舱内直至舱内甲醛浓度为10mg/m3，待甲醛浓度稳定后开启其中的空气净化器，在测试的过程中，通过气相色谱仪在线检测测试舱内甲醛的浓度，记录甲醛浓度随着时间的变化值。检测结果表明，含有本实施例中制备高效空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为90％。
实施例2
在200g纯水中依次加入0.28g一水硫酸锰、0.22g六水硝酸镍、0.03g六水硝酸铈和0.02g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌使之充分溶解直至形成澄清的混合盐溶液。配制2mol/L的氢氧化钠溶液，往上述混合盐溶液中加入5mL上述氢氧化钠调节溶液的pH至8，并伴随着剧烈的搅拌，反应30h后，抽滤混合溶液，得到滤渣待用。
取一块尺寸合适的泡沫陶瓷片清洗干净并烘干待用，并配制1.5mol/L的硫酸溶液和5mol/L的羧甲基纤维素溶液。将上述泡沫陶瓷片放入到1.5mol/L的硫酸溶液中，室温浸渍0.5h后，取出用纯水清洗待用；再将上述活化后的泡沫陶瓷放入到5mol/L的羧甲基纤维素溶液中，室温浸渍30h后取出待用。
将上述滤渣与1.98g硅微粉混合，加入少量的无水乙醇进行调浆，得到适合的浆料后用喷涂机将浆料喷涂到上述改性后的泡沫陶瓷片上，混合均匀之后再放入到200℃条件下煅烧6h后取出，冷却后即得到了高效空气净化滤网。
高效空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备高效空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为80％。
实施例3
在200g纯水中依次加入0.88g四水硝酸锰、0.21g六水硫酸镍、0.33g六水硝酸铈和2g十六烷基三甲基溴化铵溶液，搅拌使之充分溶解直至形成澄清的混合盐溶液。配制2mol/L的氢氧化钠溶液，往上述混合盐溶液中加入7mL上述氢氧化钠调节溶液的pH至9，并伴随着剧烈的搅拌，反应20h后，抽滤混合溶液，得到滤渣待用。
取一块尺寸合适的泡沫陶瓷片清洗干净并烘干待用，并配制0.1mol/L的氢氟酸溶液和4mol/L的CMC溶液。将上述泡沫陶瓷片放入到0.1mol/L的氢氟酸溶液中，室温浸渍0.1h后，取出用纯水清洗待用；再将上述活化后的泡沫陶瓷放入到4mol/L的CMC溶液中，室温浸渍20h后取出待用。
将上述滤渣与2.5g硅微粉混合，加入少量的无水乙醇进行调浆，得到适合的浆料后用喷涂机将浆料喷涂到上述改性后的泡沫陶瓷片上，混合均匀之后再放入到300℃条件下煅烧4h后取出，冷却后即得到了高效空气净化滤网。
高效空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备高效空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为85％。
实施例4
在200g纯水中依次加入2.99g六水硝酸锰、0.57g六水硫酸镍、0.35g六水硝酸铈和2g十二烷基磺酸钠溶液，搅拌使之充分溶解直至形成澄清的混合盐溶液。配制2mol/L的氢氧化钠溶液，往上述混合盐溶液中加入8.7mL上述氢氧化钠调节溶液的pH至9.5，并伴随着剧烈的搅拌，反应5h后，抽滤混合溶液，得到滤渣待用。
取一块尺寸合适的泡沫陶瓷片清洗干净并烘干待用，并配制0.05mol/L的氢氟酸和0.1mol/L的盐酸混合溶液和1mol/L的CMC溶液。将上述泡沫陶瓷片放入到上述混合酸酸溶液中，室温浸渍1h后，取出用纯水清洗待用；再将上述活化后的泡沫陶瓷放入到3mol/L的CMC溶液中，室温浸渍15h后取出待用。
将上述滤渣与8.06g硅微粉混合，加入少量的无水乙醇进行调浆，得到适合的浆料后用喷涂机将浆料喷涂到上述改性后的泡沫陶瓷片上，混合均匀之后再放入到350℃条件下煅烧3h后取出，冷却后即得到了高效空气净化滤网。
高效空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备高效空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为87％。
实施例5
在200g纯水中依次加入6.93g六水硝酸锰、2.62g六水硝酸镍、2.17g六水硝酸铈和3g十二烷基硫酸钠溶液，搅拌使之充分溶解直至形成澄清的混合盐溶液。配制2mol/L的氢氧化钠溶液，往上述混合盐溶液中加入11.5mL上述氢氧化钠调节溶液的pH至11，并伴随着剧烈的搅拌，反应2h后，抽滤混合溶液，得到滤渣待用。
取一块尺寸合适的泡沫陶瓷片清洗干净并烘干待用，并配制0.05mol/L的氢氟酸、0.05mol/L的硝酸和0.05mol/L的盐酸混合溶液和2.5mol/L的CMC溶液。将上述泡沫陶瓷片放入到上述混合酸酸溶液中，室温浸渍8h后，取出用纯水清洗待用；再将上述活化后的泡沫陶瓷放入到2.5mol/L的CMC溶液中，室温浸渍25h后取出待用。
将上述滤渣与9.94g硅微粉混合，加入少量的无水乙醇进行调浆，得到适合的浆料后用喷涂机将浆料喷涂到上述改性后的泡沫陶瓷片上，混合均匀之后再放入到250℃条件下煅烧5h后取出，冷却后即得到了高效空气净化滤网。
高效空气净化滤网性能测试同实施例1，检测结果表明，含有本实施例中制备高效空气净化滤网的空气净化器1h在室温条件下对10m3测试舱内浓度为10mg/m3的甲醛去除率为90％。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种空气净化滤网，由载体和催化剂组成，其特征在于，所述载体由泡沫陶瓷组成，且所述泡沫陶瓷通过酸性活化剂活化处理后再通过表面改性剂进行表面改性处理，所述催化剂是包括氧化锰、氧化镍和氧化铈复合催化剂。
2.一种空气净化滤网的制备方法，所述滤网由载体和催化剂组成，所述载体由泡沫陶瓷组成，所述方法包括以下步骤：
(1)用酸性活化剂浸泡所述泡沫陶瓷，使得酸性活化剂对所述泡沫陶瓷的表面及内部空隙进行活化处理，然后取出清洗干净，再用表面改性剂浸泡洗净的所述泡沫陶瓷，进行表面改性处理，即得空气净化滤网用载体；
(2)将锰盐、镍盐、铈盐和表面活性剂溶解于水中在常温下进行搅拌得到混合液，待充分溶解之后再加入强碱将混合液的pH调节至8.0-10.5之后，反应1-30h后过滤得到滤渣，最后将所得滤渣与硅微粉按照质量比1∶0.1-9进行混合得到浆料；
(3)通过喷涂机将所得浆料喷洒到空气净化滤网用载体的表面及内部空隙得到空气净化滤网前驱体，最后将空气净化滤网前驱体在200-450℃下煅烧0.5-6h后得到空气净化滤网。
3.根据权利要求2的制备方法，所述泡沫陶瓷选用氧化铝泡沫陶瓷。
4.根据权利要求2的制备方法，所述的酸性活化剂选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2的制备方法，所述的酸性活化剂中氢离子的浓度范围为0.01-3mol/L。
6.根据权利要求2的制备方法，所述步骤(1)的活化处理的温度为0-95℃。
7.根据权利要求2的制备方法，所述步骤(1)的活化处理的时间为0.1-30h。
8.根据权利要求2的制备方法，所述的表面改性剂选用羧甲基纤维素(CMC)。
9.根据权利要求2的制备方法，所述的表面改性剂的浓度范围为0.1-5mol/L。
10.根据权利要求2的制备方法，所述步骤(1)的表面改性处理温度为0-95℃。
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