CN107308733B - 一种新型空气净化器用复合滤网及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种新型空气净化器用复合滤网及其制备方法，其包括基体层、过渡层以及活性层，所述基体层为通过蚀刻处理的不锈钢丝网，所述过渡层负载于所述基体层表面，所述过渡层选自氧化铝镀层、二氧化硅镀层或两者的复合镀层，所述活性层设置于所述复合滤网的最外层，所述活性层负载于所述过渡层的表面，所述活性层的组分包含二氧化钛、硫化铵、钨酸铋，从而不仅克服现在空气净化器用复合滤网过滤阻力较大、使用寿命较短的问题，还可提高催化活性，进一步降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及滤网领域，具体地说，是一种新型空气净化器用复合滤网及其制备方法。
背景技术
室内是人们接触最频繁、最密切的环境之一，其质量的优劣直接影响人们的身体健康。挥发性有机化合物(甲醛、甲苯、苯等)和细菌、病毒、粉尘、PM2.5等是室内空气污染物的重要组成部分，其具有多样性、潜在性、综合性、广泛性、累积性等特点。为了降低室内空气健康风险，采用空气净化器是一种最为有效的手段。在当前空气净化器市场上，以微细玻璃纤维作为过滤介质的HEPA过滤器占有主导地位。但是，其过滤阻力较大、使用寿命较短，从而影响了使用效果。
而在发明专利CN2014107286164.6中公开了一种空气净化器用聚四氟乙烯微孔膜复合滤网，其通过热压工艺将聚四氟乙烯微孔膜覆于无纺布上得到，该工艺具有生产成本高、复合膜粘连不牢固、不利于催化剂活性组分在表面上的均匀分散，同时不利于实际推广应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新型空气净化器用复合滤网及其制备方法，以解决现有技术的不足，不仅克服现在空气净化器用复合滤网过滤阻力较大、使用寿命较短的问题，还可提高催化活性，进一步降低生产成本。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种新型空气净化器用复合滤网包括基体层、过渡层以及活性层，所述基体层为通过蚀刻处理的不锈钢丝网，所述过渡层负载于所述基体层表面，所述过渡层选自氧化铝镀层、二氧化硅镀层或两者的复合镀层，所述活性层设置于所述复合滤网的最外层，所述活性层负载于所述过渡层的表面，所述活性层的组分包含二氧化钛、硫化铵、钨酸铋。
根据本发明的实施例，所述过渡层在所述基体层表面的负载量为0.10～1.50wt％。
根据本发明的实施例，所述活性层中的二氧化钛、硫化铵、钨酸铋的质量比为1：(0.02～0.08)：(0.1～0.15)。
根据本发明的实施例，所述新型空气净化器用复合滤网的平均孔径为0.2～2μm。
一种新型空气净化器用复合滤网的制备方法，包括步骤：
(a)蚀刻基体层表面，配置pH为9～11的碱液，将不锈钢丝网浸渍其中，并在60～80℃的水浴条件下处理2～6h，随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤废水的pH达到7.0～7.2，再将不锈钢丝网转移至含有0.05～0.20mol/L的三价铁离子或铜离子的溶液中，在40～70℃的水浴条件下处理3～6h；
(b)改性基体层表面，将经过表面蚀刻的不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入一定量的铝溶胶和/或硅溶胶，并在110～130℃的水热条件下处理12～24h，所得滤网用水清洗干净后在105～120℃干燥处理4～8h，再转移至400～600℃下焙烧处理4～6h，得以在所述基体层表面负载一层氧化铝和/或氧化硅的过渡层；以及
(c)负载活性组分，在超声条件下将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋分散在水中配置成质量浓度为0.1～1.5wt％的水溶液，将经过改性的不锈钢丝网浸渍其中，在40～80℃的水浴条件下处理6～12h，所得滤网用水清洗干净后在105～110℃干燥处理4～8h，再转移至400～600℃下处理4～6h，得以制得负载有所述活性层的复合滤网。
进一步地，在所述步骤(b)中使用的铝溶胶和硅溶胶质量浓度为20～35wt％。
进一步地，所述复合滤网的平均孔径调控在0.8μm。
进一步地，所述过渡层为氧化铝和氧化硅的复合镀层。
进一步地，所述步骤(c)中的二氧化钛、硫化铵、钨酸铋的质量比为1:0.05:0.12。
进一步地，在所述步骤(c)的浸渍处理中，水浴温度为60℃，时间为8h。
本发明同现有技术相比，主要具有以下优点和有益效果：
1、复合滤网对室内空气中PM2.5的过滤效率≥99.99％，挥发性有机污染物的去除率≥98.7％，风阻≤80Pa，同时具有生产成本低，活性组分负载量大，使用寿命长的优势；
2、以不锈钢丝网作材质有利于防止酸性气体的侵蚀，同时具有过滤阻力小的优势，有效降低风阻，而在制备过程中对其表面进行蚀刻可以使不锈钢丝网的表面形成一些凹槽或毛刺进而有利于过渡层的负载；
3、在基体层不锈钢丝网的表面覆盖一层Al2O3或SiO2的镀层，一方面可以增大不锈钢丝网的表面积进而有利于增加活性组分的负载量和分散度，另一方面可以对滤网的孔径在0.2～2.0μm范围内进行调控，从而有利于去除空气中的污染物并进一步延长使用周期；
4、硫化铵的添加可以实现对二氧化钛的非金属掺杂改性，增强其表面产生氧空位的浓度进而加强对空气有机污染物的氧化性能；同时，钨酸铋的添加可实现对二氧化钛的金属掺杂改性，其作用一方面表现为稳定并增强表面氧空位，另一方面可实现对整体催化剂表面酸性的强化，从而更有利于空气有机污染物在低温条件下的催化解离。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
一种新型空气净化器用复合滤网的制备方法，其包括步骤：
(1)蚀刻基体层表面，首先配置pH为9～11的碱液(碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾中的一种或几种的混合物)，然后将不锈钢丝网浸渍其中，并在60～80℃的水浴条件下处理2～6h将其表面覆盖的油污等杂质去除，随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤废水的pH达到7.0～7.2即可，随后将其转移至0.05～0.20mol/L的Fe3+(Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3、FeCl3)或Cu2+(Cu(NO3)2、CuSO4、CuCl2)溶液中在40～70℃的水浴条件下处理3～6h，从而对其表面进行刻饰并有利于基体层表面的后续改性；
(2)改性基体层表面，将步骤(1)中所得的不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入一定量的铝溶胶或硅溶胶中并在110～130℃的水热条件下处理12～24h，所得滤网用水清洗干净后在105～120℃干燥处理4～8h再转移至400～600℃下焙烧处理4～6h，从而在其表面负载一层Al2O3或SiO2的镀层，其中不锈钢丝网表面镀层负载量为0.10～1.50wt％，所使用铝溶胶、硅溶胶的质量浓度控制在20～35wt％；
(3)负载活性组分，首先在超声条件下将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋按照质量比为1:(0.02～0.08)：(0.1～0.15)分散在水中配置成质量浓度为0.1～1.5wt％的水溶液，将步骤(2)中所得的不锈钢丝网浸渍其中，于40～80℃的水浴条件下处理6～12h，所得滤网用水清洗干净后在105～110℃干燥处理4～8h再转移至400～600℃下处理4～6h，即可得到具有高效催化活性的复合滤网。
在测定产品过滤效率和过滤阻力性能时，下面的实施例均参照中华人民共和国国家标准GB 2626-2006；气态污染物参照GB/T 18801-2008。
实施例1
一种新型空气净化器用复合滤网的制备方法，其包括步骤：
(1)首先配置pH为10的碳酸钠溶液，然后将不锈钢丝网浸渍其中，并在60℃的水浴条件下处理4h将其表面覆盖的油污等杂质去除。随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤的水pH接近中性。随后将其转移至0.05mol/L的Cu(NO3)2溶液中在40℃的水浴条件下处理6h；
(2)随后将不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入20wt％的铝溶胶溶液并在110℃的水热条件下处理24h，所得滤网用水清洗干净后在120℃干燥处理4h再转移至400℃下焙烧处理6h，从而在其表面负载一层Al2O3镀层，其中不锈钢丝网表面镀层负载量为0.52wt％；
(3)随后将将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋按照质量比为1:0.08:0.1超声分散在水中配置成质量浓度为1.5wt％的水溶液，将所得的不锈钢丝网浸渍其中，在80℃的水浴条件下处理6h，所得滤网用水清洗干净后在110℃干燥处理8h再转移至600℃下处理4h，即可得到具有高效催化活性的复合滤网，该复合滤网进行孔径测试显示其平均孔径可调控在2μm。
实施例2
一种新型空气净化器用复合滤网的制备方法，其包括步骤：
(1)首先配置pH为9的碳酸氢钾溶液，然后将不锈钢丝网浸渍其中，并在80℃的水浴条件下处理2h将其表面覆盖的油污等杂质去除，随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤的水pH接近中性，随后将其转移至0.20mol/L的Fe(NO3)3溶液中在70℃的水浴条件下处理3h；
(2)随后将不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入35wt％的硅溶胶溶液并在130℃的水热条件下处理12h，所得滤网用水清洗干净后在110℃干燥处理4h再转移至600℃下处理4h，从而在其表面负载一层SiO2镀层，其中不锈钢丝网表面镀层负载量为1.48wt％；
(3)随后将将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋按照质量比为1:0.02:0.15超声分散在水中配置成质量浓度为0.1wt％的水溶液，将所得的不锈钢丝网浸渍其中，于40℃的水浴条件下处理12h，所得滤网用水清洗干净后在105℃干燥处理6h再转移至400℃下处理6h，即可得到具有高效催化活性的复合滤网，对该复合滤网进行孔径测试显示其平均孔径可以调控在0.5μm。
实施例3
(1)首先配置pH为11的氢氧化钠溶液，然后将不锈钢丝网浸渍其中，并在80℃的水浴条件下处理2h将其表面覆盖的油污等杂质去除，随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤的水pH接近中性，随后将其转移至0.10mol/L的Fe2(SO4)3溶液中在50℃的水浴条件下处理4h；
(2)随后将不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入20wt％的铝溶胶溶液和15wt％的硅溶胶溶液并在120℃的水热条件下处理18h，所得滤网用水清洗干净后在105℃干燥处理6h再转移至400℃下处理6h，从而在其表面负载一层Al2O3和SiO2的复合镀层，其中不锈钢丝网表面镀层负载量为1.06wt％；
(3)随后将将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋按照质量比为1:0.06:0.12超声分散在水中配置成质量浓度为1.35wt％的水溶液，将所得的不锈钢丝网浸渍其中，于60℃的水浴条件下处理8h，所得滤网用水清洗干净后在110℃干燥处理6h再转移至600℃下处理4h，即可得到具有高效催化活性的复合滤网，对该复合滤网进行孔径测试显示其平均孔径可调控在1.0μm。
实施例1至实施例3的复合滤网的性能测试结果如表1所示。
表1实施例1～3的复合滤网性能测试结果
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| PM2.5的过滤效率 | 99.986％ | 99.998％ | 99.994％ |
| 甲醛的脱除率 | 98.3％ | 99.3％ | 99.6％ |
| 风阻 | 42Pa | 73Pa | 64Pa |
从实施例1～3对应的测试结果可以看出本发明所提供的复合滤网对室内空气中PM2.5的过滤效率≥99.99％，挥发性有机污染物的去除率≥98.7％，风阻≤80Pa，同时具有生产成本低，活性组分负载量大，使用寿命长的优势。
实施例4至实施例10
实施例4到实施例10的复合滤网制备方法同实施例3，不同之处在于通过对所述过渡层的负载量和各组分比例的调控制得不同孔径的复合滤网，其中，各个复合滤网的平均孔径和性能测试结果如表2所示。
表2实施例4～10的复合滤网性能测试结果
由表2可知，考虑到风阻和过滤效率，所述复合滤网优选得平均孔径为0.8μm，当孔径过大时，虽然风阻变小，但是空气净化程度下降，当孔径过小时，风阻变大，不利于复合滤网的使用，使用寿命也会大大缩短。
实施例11至实施例14
实施例11
实施例11的复合滤网制备方法同实施例3，不同之处在于所述过渡层的组分为Al2O3。
实施例12
实施例12的复合滤网制备方法同实施例3，不同之处在于所述过渡层的组分为SiO2。
实施例13
实施例13的复合滤网制备方法同实施例3，不同之处在于去除步骤2，也就是去除过渡层。
实施例14
实施例14的复合滤网制备方法同实施例3，不同之处在于去除步骤1对不锈钢基体层表面的蚀刻，直接在不锈钢基体层表面负载过渡层和活性层。
实施例11至实施例14的复合滤网性能测试结果如表3所示。
表3实施例11～14的复合滤网性能测试结果
由表3可知，所述过渡层优选为氧化铝和氧化硅的复合镀层。
实施例15至实施例21
实施例15至实施例21的制备方法同实施例3，不同之处在于活性层的组分含量，各个组分比如表4所示。
实施例15至实施例21的复合滤网的活性层组分含量和性能测试结果如表4所示。
表4实施例15～21的复合滤网性能测试结果
优选地，所述活性层中的二氧化钛、硫化铵、钨酸铋的质量比为1:0.05:0.12
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种新型空气净化器用复合滤网，其特征在于，包括基体层、过渡层以及活性层，所述基体层为通过蚀刻处理的不锈钢丝网，所述过渡层负载于所述基体层表面，所述过渡层选自氧化铝镀层、二氧化硅镀层或两者的复合镀层，所述活性层设置于所述复合滤网的最外层，所述活性层负载于所述过渡层的表面，所述活性层的组分包含二氧化钛、硫化铵、钨酸铋，其中，所述过渡层在所述基体层表面的负载量为0.10～1.50wt％，所述活性层中的二氧化钛、硫化铵、钨酸铋的质量比为1：(0.02～0.08)：(0.1～0.15)，其平均孔径为0.2～2μm。
2.一种如权利要求1所述的新型空气净化器用复合滤网的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(a)蚀刻基体层表面，配置pH为9～11的碱液，将不锈钢丝网浸渍其中，并在60～80℃的水浴条件下处理2～6h，随后将其用清水喷淋洗净，直至洗涤废水的pH达到7.0～7.2，再将不锈钢丝网转移至含有0.05～0.20mol/L的三价铁离子或铜离子的溶液中，在40～70℃的水浴条件下处理3～6h；
(b)改性基体层表面，将经过表面蚀刻的不锈钢丝网转移至水热反应釜中并向其中加入一定量的铝溶胶和/或硅溶胶，并在110～130℃的水热条件下处理12～24h，所得滤网用水清洗干净后在105～120℃干燥处理4～8h，再转移至400～600℃下焙烧处理4～6h，得以在所述基体层表面负载一层氧化铝和/或氧化硅的过渡层；以及
(c)负载活性组分，在超声条件下将二氧化钛、硫化铵、钨酸铋分散在水中配置成质量浓度为0.1～1.5wt％的水溶液，将经过改性的不锈钢丝网浸渍其中，在40～80℃的水浴条件下处理6～12h，所得滤网用水清洗干净后在105～110℃干燥处理4～8h，再转移至400～600℃下处理4～6h，得以制得负载有所述活性层的复合滤网。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(b)中使用的铝溶胶和硅溶胶质量浓度为20～35wt％。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述复合滤网的平均孔径调控在0.8μm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述过渡层为氧化铝和氧化硅的复合镀层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)中的二氧化钛、硫化铵、钨酸铋的质量比为1:0.05:0.12。
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