CN107754762A - 用于防雾霾的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防雾霾（PM2.5）的球形滤料，还涉及由该球形滤料构成的空气过滤盒和口鼻罩。包括以下步骤：a）将活性组分，助剂均匀混合，得到混合物；b）将步骤a）所得的混合原料在加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。本发明在上述原料的协同作用下，配合特定的造球工艺，制备得到球形滤料防雾霾效果好，将该球形滤料填充于过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，使口鼻罩既具有良好的透气性，又能高效过滤。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，为一种用于防雾霾（PM2.5）的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法。
背景技术
随着雾霾天气的增多，PM2.5作为气体污染物的一个常用指标成为民众关注的焦点，其污染治理也成为研究热点。颗粒物是雾霾等大气污染的主要组成部分，一般将空气动力学直径小于等于100μm的颗粒物称为总悬浮颗粒物（TSP），其中空气动力学直径小于等于2.5μm的细颗粒物（PM2.5）形状不规则，在大气中悬浮时间较长，能够吸附大量毒性化合物，被人体吸入后滞留在终末细支气管和肺泡中，对人类健康造成威胁。
目前用于口罩上空气过滤净化的纤维材料，主要是有机纤维。由直径为50~100nm、长10~20μm的纤维组成多孔的纤维薄膜制成空气过滤材料，对空气中悬浮颗粒（包含PM2.5）的过滤净化方式主要是通过多层纤维进行阻隔截留，但是该方法存在着过滤性能与透气性相矛盾的问题。即当材料能有效过滤微细、超微细颗粒（以PM2.5为例）时，所需纤维层必须厚且致密、组成的孔结构小，这导致了材料本身的透气性变得非常差；而当透气性较好时，无法有效过滤雾霾颗粒。
本发明的防雾霾（PM2.5）球形滤料采用具有吸附功能的复合多孔材料作为吸附活性中心，并且具备一定的极性，能对雾霾产生良好的净化作用。将该球形滤料填充于过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，使口鼻罩既具有良好的透气性，又具有很强的吸附性和过滤净化效能。有效解决了过滤性能与透气性相矛盾的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于口鼻罩的防治雾霾（PM2.5）的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法，该滤料可以净化雾霾空气，并能保持良好的透气性。
为达此目的，本发明采用以下制备方法：a）将活性组分，助剂均匀混合，得到混合物，所述活性组分，助剂的重量比为23—24.5：1。
优选的，所述活性组分为黏土矿物粉，丝光沸石粉，活性炭粉的混合物，其特征在于重量比为40-70：25-50：6-13。
优选的，所述助剂为粘结剂，造孔剂等的改善物料成球性或吸附性能的添加剂，粘结剂、造孔剂的重量比为0.3-0.6：1。
优选的，所述原料的粒径为180目—400目。
b）将步骤a）所得的混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。
优选的，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%。
优选的，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度为120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
在本发明中，所述黏土，又作粘土，是颗粒非常小的（<2μm）可塑的硅铝酸盐。除了铝外，黏土还包含少量镁、铁、钠、钾和钙，是一种重要的矿物原料。黏土一般由硅铝酸盐矿物在地球表面风化后形成，但是有些成岩作用也会产生黏土。黏土是一种重要的矿物原料。由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成，并含有石英、长石、云母及硫酸盐、硫化物、碳酸盐等杂质。
黏土矿物的颗粒细小，常在胶体尺寸范围内，呈晶体或非晶体，大多数是片状，少数为管状、棒状。黏土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力。PM2.5实质是一种细小的气溶胶颗粒，其中一半以上是具有NH+，SO4 2-等的水中溶性粒子，雾霾颗粒中正电荷数多于负电荷，整体带正电。黏土矿物可以起到吸附雾霾的作用，此外，黏土还能起到粘结剂的作用，在球团工艺中使造球过程稳定。
在本发明中，丝光沸石，又称发光沸石，沸石矿的主要矿物组分之一。丝光沸石按硅铝比高低可分为高硅型和低硅型。高硅型丝光沸石具有很高的热稳定性，是重要的催化材料。丝光沸石经改性、改型、活化后能得到氢型、钠型、铵型、混合型等类型。
针状或纤丝光沸石的化学组成可表示为Na8[Al8Si40O96]·24H2O，其晶体结构与A型、x型、Y型沸石不同。丝光沸石不仅含有四元环、六元环和八元环，而且有大量的五元环，每两个五元环通过共用两个四面体成对地相互并联。这种成对的五元环再通过氧桥相互连接，在相连处便形成四元环，形成的环进一步相互连接，还可生成八元环和十二元环等。丝光沸石晶体呈维状，集合体呈似棉状、束状、放射状或放射纤维状。
丝光沸石的特殊结构决定了其具有优良的选择性吸附、催化反应性和离子交换的作用，既可以进行气体吸附，也可以进行液体吸附。广泛用于化工、环保、农业、轻工、石油、建筑等部门。
在本发明中，活性炭是一种多孔性物质，具有蜂窝状的孔隙结构，较大的比表面积，特异的表面官能团、稳定的物理和化学性能，是优良的吸附剂、催化剂或催化剂载体。根原料来源的不同活性炭优选分为木质活性炭、矿物质原料活性炭和其他原料制成的活性炭等。其中，所述木质活性炭优选包括椰壳活性炭、杏壳活性炭、木质粉炭；所述矿物质原料活性炭优选包括各种煤和石油及其加工产物为原料制成的活性炭；其他原料制成的活性炭优选包括废橡胶、废塑料制成的活性炭。
优选地，使用以椰壳材质为来源的活性炭，其强度较高、吸附性能好，更优选为以椰壳材质为来源的医用活性炭。在本发明中，所述活性炭的比表面积优选不低于500m2/g，更优选不低于1000m2/g。活性炭可以高效净化空气、尤其是医用活性炭，作为用过国家相关药品监督标准的产品，杂质含量低，表面积更大，吸附效果也更好。
在本发明中，活性炭优选为经过改性的活性炭，优选为经过酸改性。更优选为使用浓硝酸和双氧水混合液改性。改性后的活性炭和粘土矿物粉起到协同作用，防霾效果提高。
在本发明中，粘结剂为皂土、消石灰和生石灰等。消石灰、生石灰的添加剂能提高球形滤料的强度、调剂原料水分，还能改善球形滤料的化学性能，降低还原粉化率和膨胀率，提高球形滤料的强度。
本发明所述造孔剂是一类易分解产生大量气体而引起发孔作用的物质，其中偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸等是其典型的代表。作为优选，发孔剂为偶氮二甲酰胺、碳酸氢铵、草酸中的至少一种。
在本发明中，原料粒度越细，越趋于均匀，且又无大颗粒做骨架，成球性越好，球团强度越高。优选的，上述原料的粒径为180目—400目。
在本发明中，对于上述原料的来源和纯度没有特殊限制，优选为市售。
在本发明中，对于上述原料的混合没有任何限制，可以为任何不会显著改变粉体粒径和粒度分布的低剪切混合器或搅拌器，优选可以为钝的叶轮叶片的搅拌器、滚筒式混合器、螺旋式搅拌器等。对于上述混合器和搅拌器的转速要视混合器的类型而定，对此不进行限制，优选为避免扬起粉尘。
所得混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料。优选的，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%；优选的，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于防雾霾（PM2.5）的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法。在上述原料协同作用下，配合特定的球团成型工艺，本发明的有益效果：（1）将多种吸附材料实现功能复合，雾霾（PM2.5）空气经过本发明所述的球形滤料后，降到极低水平。（3）通过造孔剂与粘结剂的配合使球形滤料的吸附面积和成型强度达到最优。（4）本专利发明的球形滤料构成的口鼻罩在高效过滤雾霾的同时，降低了呼吸阻力，使使用者感到舒适。
本发明提供了一种空气过滤盒，由上述技术方案所述的球形滤料构成。
本发明提供了一种口鼻罩，由上述技术方案所述的过滤盒构成。
附图说明
图1是本发明的口鼻罩。
图1是本发明口鼻罩的结构示意图。
图2是本发明过滤盒的结构示意图。
图3是本发明过滤盒的上零件的结构示意图。
图4是本发明过滤盒的下零件的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明，以下结合附图和实施例对本发明提供的一种用于口鼻罩的防雾霾球形滤料的制备方法进行详细描述。
参见图1、图2、图3和图4，本发明一较佳实施所述的一种用于防雾霾的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体1，过滤盒2，进出气孔3，鼻梁夹4，弹性耳带5。所述面罩主体1可折叠，过滤盒5安装在面罩主体1开孔处，所述过滤盒5由上下零部件组成，所述上下零部件通过内螺纹6外螺纹7连接，连接后，上下零部件的外边缘可将过滤盒固定面罩主体1。所述上零件的内腔填充本发明中吸附氮氧化物的球形滤料8，上零部件的上下表面有直径小于1mm的进出气孔3。所述鼻梁夹4为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹力耳带5为棉质高回弹力头带，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效防护氮氧化物，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
实施例1
黏土矿物粉（300目）200g 丝光沸石（200目）160g 活性炭（270目）35g 粘结剂（310目）4.8g 造孔剂（220目）12g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为30%，通过造球机滚成球，在250℃下烧制2.5小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例2
黏土矿物粉（280目）180g 丝光沸石（340目）180g 活性炭（180目）40g 粘结剂（260目）6g 造孔剂（200目）10g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为35%，通过造球机滚成球，在180℃下烧制3小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
实施例3
黏土矿物粉（400目）100g 丝光沸石（320目）80g 活性炭（230目）10g 粘结剂（240目）2.4g 造孔剂（270目）6g。
其制备方法如下：
按配方量称取各原料，混合搅拌均匀之后，在自动喷雾器加水湿润的条件下，加水量总量占粉状物料的重量百分比为46%，通过造球机滚成球，在250℃下烧制2小时后，即成为多孔球形滤料，将滤料填充在过滤盒，作为口鼻罩的过滤元件，组装成口鼻罩。
表1 使用由防雾霾球形滤料构成的口罩处理前后PM2.5，单位：mg/m3。
从表1可以看出，使用由本发明的防雾霾（PM2.5）球形滤料构成的口鼻罩，对去除雾霾中的细微颗粒有很好的效果，该口罩非常适雾霾天气户外出行使用。
以上对本发明所提供的一种用于防雾霾（PM2.5）的球形滤料、过滤盒、口鼻罩以及制备方法进行了介绍。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于防雾霾（PM2.5）球形滤料，球体直径为1-3mm；球形滤料以活性组分混合助剂为原料，活性组分与助剂的重量比为23—24.5：1，采用球团工艺成型。
2.根据权利要求1所述活性组分为黏土矿物粉，丝光沸石粉，活性炭粉的混合物，其特征在于重量比为40-70：25-50：6-13。
3.根据权利要求1所述助剂为粘结剂，造孔剂等的改善物料成球性或吸附性能的添加剂，粘结剂、造孔剂的重量比为0.3-0.6：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料粒径为180目—360目。
5.根据权利2所述的造孔剂，其特征在于：造孔剂为偶氮类化合物、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、磺酰腈类化合物、草酸中的一种或几种混合。
6.根据权利2所述的粘结剂，其特征在于：粘结剂为皂土、消石灰和生石灰等。
7.根据权利1所述球团工艺，其特征在于：将混合原料在自动喷雾器加水湿润的条件下，通过造球机滚成球，再经过干燥烧制固结成为具有一定强度和吸附性能的球状滤料；其中，加水量占粉状物料的重量百分比为25%-58%，球形滤料坯通过梯度升温的方式实现制孔和固化，制孔固化温度120-260℃，烘燥时间为2-4小时。
8.权利要求1至7中任一项所述的制备方法得到的用于防雾霾的球形滤料。
9.一种空气过滤盒，其特征在于，在过滤盒内填充由权利要求7所述的球形滤料。
10.一种口鼻罩，其特征在于，由权利要求8所述的过滤盒构成。
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