CN106582531B - 一种复合空气净化剂及其制备方法和空气净化装置 - Google Patents

一种复合空气净化剂及其制备方法和空气净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合空气净化剂，其是由组分Ⅰ与组分Ⅱ按1:1‑8的重量比复配而成的；组分Ⅰ包括非极性载体以及负载于该非极性载体上的活性组分A，非极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.1cm3/g；活性组分A为强碱、高锰酸盐或高铁酸盐；组分Ⅱ包括极性载体以及负载于该极性载体上的活性组分B和促进剂C，极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.15cm3/g；活性组分B为高锰酸盐或高铁酸盐，促进剂C为银的可溶性盐、金的可溶性盐、铂的可溶性盐或钯的可溶性盐。本发明还公开了复合空气净化剂的制备方法和包含该复合空气净化剂的空气净化装置。本发明的复合空气净化剂，对多种污染物均具有良好的净化效果和杀菌效果，可以在高空速下工作。

Description

一种复合空气净化剂及其制备方法和空气净化装置
技术领域
本发明涉及环境保护处理和空气净化领域，尤其涉及一种空气净化用复合净化剂及其制备方法和空气净化装置。
背景技术
室内空气污染正威胁着人类的身体健康，特别是新居、新车及新置家具中含有醛类、苯类等挥发性有害气体。
甲醛为无色刺激性气体，是室内及车内空气常见污染物之一，常存在于含有脲醛树脂的胶合板中，包括颗粒板、硬木胶合镶板、中密度纤维板，以后者甲醛含量为最高。甲醛对眼睛和鼻子有刺激性、长期接触有可能诱发癌症。
苯、二甲苯等苯系物是挥发性有机物，无色有特殊芳香气味，已被世卫组织确定为致癌物质，对眼睛、皮肤和上呼吸道有刺激作用，长期吸入能导致血癌，女性对苯的危害较男性敏感，对生殖功能有一定影响。在各种建筑材料、有机溶剂中大量存在。
此外，氨、丙酮、硫化氢、二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体亦不同程度地存在于汽车及居住大气环境中。
目前，甲醛消除相关技术方案在文献中已有许多报道。但大多是单一的组分或者单一颜色，同时脱除效果也欠佳，很少有多色复合的净化材料，并且脱除效果佳的报道。中国专利公开号CN104248942A披露的氧化铝负载KMnO4，公开号CN100563793C披露的极性载体负载KMnO4，公开号CN103480267A披露的纤维材料负载锰氧化物，都属于单一组分、单一颜色的净化材料，对醛类有一定清除作用但是同时清除空气中苯类、醛类和TVOC(总挥发性有机化合物)类效果不佳；有些是多个载体复合单种/多种活性组分，比如美国专利US7559981披露的SiO2-分子筛复合载体负载KMnO4，公开号CN103239973A披露的活性炭和沸石粉末负载氢氧化钾和KMnO4，公开号CN1785478A披露的氧化铝、活性炭分别负载贵金属、KMnO4，这类都是单色的净化剂，使用中无法从外观颜色变化知道净化剂的使用情况和净化效果，用户无法从视觉上得知究竟有多少甲醛被消除，也不能直观的知道该到什么时候更换净化剂，另外，由于不含多孔结构，使用效果仅能表面吸附苯类、醛类等气体，因而消除能力有限，同时也难以在高空速下(如空气净化器)工作。而且目前在用的单一的极性或者非极性载体体系，有些对极性较大的污染物吸附强，有些只是对非极性的污染物吸附强，很少有通过双重化学转化的净化剂。而且目前的净化剂很少有杀菌功能，经常通过臭氧发生来杀菌，引起二次污染，对健康影响很大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合空气净化剂，使用方便，对多种污染物均具有良好的净化效果，且可以在高空速下工作。本发明提供的复合空气净化剂，不仅效率高，而且其不同颜色搭配，可以作为甲醛去除和净化剂的更换指标。为用户使用时提供效率监控和更换基础信息。
本发明的另一目的在于提供上述复合空气净化剂的制备方法和一种空气净化装置。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
一种复合空气净化剂，其是由组分Ⅰ与组分Ⅱ按1:1-8的重量比复配而成的；
所述组分Ⅰ包括非极性载体以及负载于该非极性载体上的活性组分A，所述非极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.1cm3/g；所述活性组分A为强碱、高锰酸盐或高铁酸盐；
所述组分Ⅱ包括极性载体以及负载于该极性载体上的活性组分B和促进剂C，所述极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.15cm3/g；所述活性组分B为高锰酸盐或高铁酸盐，所述促进剂C为银的可溶性盐、金的可溶性盐、铂的可溶性盐或钯的可溶性盐。
本方案中，所述组分Ⅰ呈黑色，起吸附作用；组分Ⅱ起催化与指示作用。
优选的，所述复合空气净化剂是由组分Ⅰ与组分Ⅱ按1:2-5的重量比复配而成的。
优选的，所述非极性载体为活性炭或氧化硅；所述活性炭的比表面积大200m2/g，孔容大于0.2cm3/g；所述氧化硅的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.2cm3/g，从而保证了非极性载体能够负载足够量的活性组分A。
优选的，所述极性载体为氧化铝，从而保证了极性载体能够负载足够量的活性组分B。
本发明还公开了所述的复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备组分Ⅰ：取非极性载体，加入到活性组分A溶液中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分A的载体；将负载活性组分A的载体静置至无液体滴出，再经干燥、自然冷却后得到组分Ⅰ；
2)制备组分Ⅱ：取极性载体，加入到含活性组分B和促进剂C的溶液D中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分B和促进剂C的载体；将负载活性组分B和促进剂C的载体静置至无液体滴出，经干燥、自然冷却后得到组分Ⅱ；
3)复配：按配方的配比将组分Ⅰ与组分Ⅱ混合均匀，即得本发明所述的复合空气净化剂。
优选的，在步骤1)中，所述非极性载体与活性组分A溶液的质量比小于1:3；在步骤2)中，所述极性载体与活性组分B溶液的质量比小于1:2，所述促进剂C的质量为极性载体质量的0.0001-1％。通过限定载体和活性组分溶液的质量比，使得载体能充分分散并浸渍于溶液中，从而保证了载体充分负载活性组分。促进剂是为了增强净化剂对污染物的化学吸附转化效果而加入的。
优选的，在步骤1)和步骤2)中，所述活性组分A溶液的质量分数为1-10％，所述活性组分B在溶液D中的质量分数为1-10％，所述促进剂C在溶液D中的质量分数为0.01-0.1％。更优选的，在步骤1)和步骤2)中，所述活性组分A溶液的质量分数为2-8％，所述活性组分B在溶液D中的质量分数为2-8％。
优选的，在步骤1)中，所述浸渍的时间为4-6小时，所述干燥的温度为100-140℃；在步骤2)中，所述浸渍的时间为4-6小时，所述干燥的温度为50-220℃。由于载体为高比表面大孔载体，将浸渍的时间设为4-6小时，从而使得载体能被充分浸渍，保证了载体充分负载活性组分。
一种空气净化装置，包括权利要求1-4任一项所述的复合空气净化剂，所述复合空气净化剂放置于盛器中、带有空气驱动装置的设备中或透气性的袋子中。
本发明的复合空气净化剂，可根据不同载体形式，制成块状、条状或颗粒状，并封装成盒状、盆状、袋状、管状等不同形式，放置于壁面开孔的盛器中，亦可放置于空气净化器滤芯或空调机滤芯中代替原有活性炭使用，亦可放置于透气性好的材料，如无纺布、纤维布制成的口袋中，密封保存。使用时放置于需要消除有害气体的环境中，如汽车内、橱柜内、冰箱内、净化器内、室内、桌子上。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的复合空气净化剂，采用极性载体和非极性载体两种载体，来负载不同的活性成分，通过这种复合的搭配，使得其具有强大的捕捉、吸附转化、消除多种有害气体的能力，对于苯类、醛类、氨、一氧化碳、硫化氢以及TVOC等污染物，都具有良好的吸附转化效果。
本发明的复合空气净化剂，可以在低空速到高空速下(150000h-1以上)的宽条件下使用，有机污染物和颗粒物(PM2.5和PM10)脱除效率高(消除率大于95％)，且具有较高的寿命；同时根据净化剂指示剂颜色的变化，可以很直观地感知污染物的吸附量以及估算净化剂的使用寿命，避免净化剂寿命到期后，人们不知道什么时候需要更换而造成二次污染和浪费等问题，使用起来十分方便。
本发明的复合空气净化剂，使用简单，开封后直接暴露在待净化的空气中即可，或者配套空气净化器或者空调机作滤芯使用，安全、便捷；有害气体经过净化剂净化后被吸附固定、催化转化，待净化剂寿命结束后合理扔弃，不造成二次污染。另外本发明的复合空气净化剂制备工艺简单，易于操作，成本低，适合大规模商业化生产和使用。
附图说明
图1为本发明的复合空气净化剂的使用前的显色示意图；
图2为本发明的复合空气净化剂使用50％时的显色示意图；
图3为本发明的复合空气净化剂接近使用完毕时的显色示意图；
其中：A指示的为红色；B指示的为黑色；C指示的为褐色。
具体实施方式
下面，结合附图及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
一种复合空气净化剂，其是由组分Ⅰ与组分Ⅱ按1:1-8的重量比复配而成的；
所述组分Ⅰ包括非极性载体以及负载于该非极性载体上的活性组分A，所述非极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.1cm3/g；所述活性组分A为强碱或高锰酸盐或高铁酸盐；
所述组分Ⅱ包括极性载体以及负载于该极性载体上的活性组分B和促进剂C，所述极性载体的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.15cm3/g；所述活性组分B为高锰酸盐或高铁酸盐，促进剂C为银的可溶性盐、金的可溶性盐、铂的可溶性盐或钯的可溶性盐。
优选的，所述非极性载体为活性炭或氧化硅；所述活性炭的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.2cm3/g；所述氧化硅的比表面积大于200m2/g，孔容大于0.2cm3/g。
优选的，所述极性载体为氧化铝，所述氧化铝比表面积大于200m2/g，孔容大于0.15cm3/g。
一种复合空气净化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)制备组分Ⅰ：取非极性载体，加入到活性组分A溶液中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分A的载体；将负载活性组分A的载体静置至无液体滴出，再经干燥、自然冷却后得到组分Ⅰ；
2)制备组分Ⅱ：取极性载体，加入到含活性组分B和促进剂C的溶液D中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分B和促进剂C的载体；将负载活性组分B和促进剂C的载体静置至无液体滴出，经干燥、自然冷却后得到组分Ⅱ；
3)复配：按配方的配比将组分Ⅰ与组分Ⅱ按一定比例混合均匀，即得本发明所述的复合空气净化剂。
实施例1
将比表面积为420m2/g、孔容为0.22cm3/g的活性炭100g，放入330g质量分数为3.5％的KOH溶液中，浸渍4.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经105℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅰ；
将比表面积为220m2/g、孔容为0.32cm3/g的氧化铝100g，放入220g含3.5wt％KMnO4和0.005wt％硝酸银的溶液中，浸渍4.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经55℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅱ；
按组分Ⅰ：组分Ⅱ重量比为1:1混合组分Ⅰ与组分Ⅱ，即得本发明的复合空气净化剂。
实施例2
将比表面积为650m2/g、孔容为0.38cm3/g的活性炭100g，放入380g质量分数为3.5％的K2FeO4溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经115℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅰ；
将比表面积为350m2/g，孔容为0.35cm3/g的氧化铝100g，放入250g含3.5wt％KMnO4和0.005wt％硝酸银的溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经200℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅱ；
按组分Ⅰ：组分Ⅱ重量比为1:2混合组分Ⅰ与组分Ⅱ，即得本发明的复合空气净化剂。
实施例3
将比表面积为550m2/g、孔容为0.32cm3/g的氧化硅100g，放入380g质量分数为3.5％的KMnO4溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经115℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅰ；
将比表面积为450m2/g、孔容0.35cm3/g的氧化铝100g，放入250g含3.5wt％K2FeO4和0.01wt％硝酸银的溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经200℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅱ；
按组分Ⅰ：组分Ⅱ重量比为1:2混合组分Ⅰ与组分Ⅱ，即得本发明的复合空气净化剂。
实施例4
将比表面积为950m2/g、孔容为0.38cm3/g的活性炭100g，放入380g质量分数为7.5％的KMnO4溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经115℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅰ；
将比表面积为650m2/g、孔容为0.35cm3/g的氧化铝100g，放入250g含7.5wt％KMnO4和0.05wt％硝酸银的溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经210℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅱ；
按组分Ⅰ：组分Ⅱ重量比为1:3混合组分Ⅰ与组分Ⅱ，即得本发明的复合空气净化剂。
实施例5
将比表面积为950m2/g、孔容为0.38cm3/g的活性炭100g，放入380g质量分数为5.0％的K2FeO4溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经115℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅰ；
将比表面积为850m2/g、孔容0.35cm3/g的氧化铝100g，放入250g含7.5wt％KMnO4和0.005wt％硝酸铂的溶液中，浸渍5.5小时，过滤、静置至无液体滴出，再经55℃干燥、自然冷却后，即制得组分Ⅱ；
按组分Ⅰ：组分Ⅱ重量比为1:5混合组分Ⅰ与组分Ⅱ，即得本发明的复合空气净化剂。
对比例1
美的(KJ30FE-NM1 NM F33 F31)滤芯。
实验例
1.取实施例1-5的复合空气净化剂100g，放入固定床反应器中，空速150000h-1，通入2mg/m3甲醛气体，2小时后检测净化剂对甲醛的单程脱除效率，所得结果如表1所示。
表1实施例1-5的复合空气净化剂对甲醛的脱除实验结果
由表1的结果可知，本发明实施例1-5的复合空气净化剂，对于甲醛均具有良好的脱除效率，其中实施例5的脱除效率最高，达到了97.3％，为最佳实施例。并且在脱除甲醛的过程中，净化剂的颜色发生了明显变化。由于颜色变化的量与有害气体的消除量成正比，因此根据净化剂中颜色发生变化的量，可以直观的看出污染物的吸附量以及估算净化剂的使用寿命，使用起来十分方便。
2.取实施例5的复合空气净化剂1000g，放入空气净化器中，作为滤芯使用，然后按照GB/T18801-2008的规定，对甲醛、甲苯、TVOC进行洁净空气量CADR值测定，结果显示：甲醛的CADR值为148.3m3/h，甲苯的CADR值为102.1m3/h，TVOC的CADR值为38.5m3/h，可见，本本发明实施例5的复合空气净化剂，对甲醛、甲苯、TVOC等都具备良好的净化效果。
取对比例1的滤芯，按照GB/T18801-2008的规定，对甲醛进行洁净空气量CADR值测定，结果显示：甲醛的CADR值为27.5m3/h，可见，实施例5的复合净化剂对甲醛处理效果远优于典型的商用活性炭滤芯。
由图1-3的结果可知，本发明的复合空气净化剂，具有明显的显色效果，根据净化剂指示剂颜色的变化，可以很直观地感知污染物的吸附量以及估算净化剂的使用寿命，避免净化剂寿命到期后，人们不知道什么时候需要更换而造成二次污染和浪费等问题，使用起来十分方便。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合空气净化剂，其特征在于，其是由组分Ⅰ与组分Ⅱ按1:2-5的重量比复配而成的；
所述组分Ⅰ包括非极性载体以及负载于该非极性载体上的活性组分A，所述非极性载体为活性炭，其比表面积大于200m2/g，孔容大于0.2cm3/g；所述活性组分A为高铁酸盐；
所述组分Ⅱ包括极性载体以及负载于该极性载体上的活性组分B和促进剂C，所述极性载体为氧化铝，其比表面积大于200m2/g，孔容大于0.15cm3/g；所述活性组分B为高锰酸盐，所述促进剂C为铂的可溶性盐。
2.如权利要求1所述的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备组分Ⅰ：取非极性载体，加入到活性组分A溶液中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分A的载体；将负载活性组分A的载体静置至无液体滴出，再经干燥、自然冷却后得到组分Ⅰ；
2)制备组分Ⅱ：取极性载体，加入到含活性组分B和促进剂C的溶液D中，经浸渍、过滤后，得到负载活性组分B和促进剂C的载体；将负载活性组分B和促进剂C的载体静置至无液体滴出，经干燥、自然冷却后得到组分Ⅱ；
3)复配：按配方的配比将组分Ⅰ与组分Ⅱ混合均匀，即得本发明所述的复合空气净化剂。
3.如权利要求2所述的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述非极性载体与活性组分A溶液的质量比小于1:3；在步骤2)中，所述极性载体与溶液D的质量比小于1:2，所述促进剂C的质量为极性载体质量的0.0001-1％。
4.如权利要求2所述的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)和步骤2)中，所述活性组分A溶液的质量分数为1-10％，所述活性组分B在溶液D中的质量分数为1-10％，所述促进剂C在溶液D中的质量分数为0.01-0.1％。
5.如权利要求4所述的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)和步骤2)中，所述活性组分A溶液的质量分数为2-8％，所述活性组分B在溶液D中的质量分数为2-8％。
6.如权利要求2所述的复合空气净化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述浸渍的时间为1-6小时，所述干燥的温度为100-140℃；在步骤2)中，所述浸渍的时间为4-6小时，所述干燥的温度为50-220℃。
7.一种空气净化装置，其特征在于，包括权利要求1所述的复合空气净化剂，所述复合空气净化剂放置于盛器中、带有空气驱动装置的设备中或透气性的袋子中。
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