CN108212076A - 防细微颗粒的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于防细微颗粒的球形滤料，还涉及使用该球形滤料构成的口鼻罩。包括以下步骤：a）将蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉均匀混合，得到混合物，所述蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉的重量比为150‑300：100‑220：135‑260：100‑200；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，使球形滤料的吸附面积和成型强度达到最优，制备得到的球形滤料对空气中的PM1.0，PM0.5，PM0.3，PM0.1细微颗粒去除率高。使用该滤料的口鼻罩，过滤效果出色，且透气性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化领域，为一种用于防细微颗粒的球形滤料的制备方法及使用该滤料的口鼻罩。
背景技术
空气中漂浮的颗粒物可以分为天然生成和人为排放两种。天然产生的颗粒物是由火山喷发或者花粉传播等自然过程中产生的颗粒物。人为排放的颗粒物主要来自工业生产中化石燃料的燃烧和汽车尾气的排放等等。有数据显示，近年来由于汽车的增多，由汽车尾气排放的颗粒物数量逐渐增多。同理，按照颗粒物的形成过程，可以将颗粒物分成一次颗粒物和二次颗粒物。一次颗粒物是由天然或人为污染源排放到大气中，直接造成污染的颗粒物，如燃煤电厂中由燃烧形成的颗粒物、汽车尾气中所排放的由燃烧形成的颗粒物等等。二次颗粒物是由于大气中的气态污染物通过光化学作用或其他作用而转化生成的颗粒物。近年来随着我国经济的不断发展，工业生产和日常生活对于能量消耗越来越大，因此燃煤电厂装机总量每年都在不断提高，从而直接导致了燃煤电厂烟气中颗粒物的排放量逐渐增多。已有的地面观测、卫星遥感观测的结果均表明，在我国华北地区、长三角地区和珠三角地区等重度污染区域的细微颗粒物污染已经连成一片。某些大城市的灰霾天数已占全年天数的30％～50％，完全不属于自然现象，而是不断增加的排放到大气中的细颗粒物所致。颗粒物的排放直接影响大气的透明度，对社会经济发展造成了巨大的影响，降低了人们对空气质量的满意度。
谈起PM2.5，大家都很熟悉，它是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。然而对于PM1.0，PM0.5，PM0.3，PM0.1的细微颗粒却少有留意，它们比PM2.5更小，危害更大。
细微颗粒物的存在不仅影响到大气的可见度，而且还会严重危害人类健康，可以引起上呼吸道和心血管等多方面疾病。最近很多流行病学调查结果显示，在我国颗粒物污染严重的大城市中，人们致病率的增加与大气中细颗粒物浓度升高呈明显的相关关系。研究结果表明，细微颗粒物会穿过人体的呼吸道系统，进入并且沉积到肺部当中，可以引发肺病。同时，如果瞬间进入到人体呼吸系统内的颗粒物过多，会导致高血压等严重后果。此外，由于细微颗粒物的粒径较小，它们的比表面积相对较大，表面上非常容易富集各种由燃烧产生的重金属元素、有机化合物等强致癌物质。细微颗粒物由于粒径很小，甚至可以进入人体血液循环系统，这就会影响整个人体的健康。因此，对于细微颗粒物的治理已经迫在眉睫。
当前广泛应用的除尘技术有布袋除尘、旋风除尘和水膜除尘等。这些技术可有效去除大颗粒粉尘，但对于颗粒物脱除的效果有限，且颗粒物粒径越小脱除效率越低。对于细微颗粒物产生的源头进行治理相当复杂困难，佩戴防细微颗粒口罩已成为雾霾天气情况下出行的必然选择。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于净化空气的球形滤料的制备方法，以及使用该滤料的口鼻罩。本发明的口鼻罩和传统的口鼻罩相比，能高效过滤PM1.0，PM0.5，PM0.3，PM0.1细微颗粒，并使进出气顺畅，呼吸阻力小，减少闷热感。
为达此目的，本发明采用以下制备方法：a）将蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉均匀混合，得到混合物，所述蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉的重量比为150-260：100-220：135-260：100-200；优选的，所述蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉的重量比为170-210：130-200：160-230：130-180；更优选的，所述蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉、活性炭粉的重量比为180-200：140-160：180-210：140-160。
优选的，所述蛭石粉的粒径为400-425目。
优选的，所述凹凸棒石粉粒径为410-450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，球状滤料直径为2-3mm。
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，蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。其晶体结构为单斜晶系，从它的外形看很像云母。蛭石粉由生蛭石原矿经高温焙烧、筛选、研磨加工成粉末状。蛭石粉颗粒中含有很多毛细孔，有很大的比表面积，具有多种用途，可用作建筑材料、防火绝缘材料、土壤改良剂等，发明人经研究将其用于吸附细微颗粒，取得了良好的效果。作为优选，本发明蛭石粉的粒径为400-425目。
凹凸棒石为单斜晶系，其理想化学式为Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2，化学成分理论值为MgO23.83%，SiO256.96%，H2O19.21%。自然界中的凹凸棒石常有Al3+、Fe3+等类质同象置换，富Al3+、Fe3+的变种称为铝凹凸棒石和铁凹凸棒石。如江苏省盱眙县龙王山的铝凹凸棒石粉的成分为SiO258.38%，MgO12.10%，Al2O39.50%，CaO0.40%，TiO20.56%，MnO0.05%，Fe2O3+FeO5.26%．Na2O1.10%，K2O1.24%。由于凹凸棒石在结构中有类似沸石的大通道，因此具有良好的吸附和脱色性能，并且对细微颗粒有良好的吸附性能。凹凸棒石粉的吸附性能与矿物中SiO2的含量有关，含量越高吸附力越强。在本发明中，凹凸棒石粉同时起到粘结剂的作用。
凹凸棒石黏土具有链层状结构，在晶体结构中存在一系列晶体孔道，比表面积大，有很强的物理吸附能力。由于晶体中类质同象置换，存在晶体缺陷和空位，使凹凸棒石带有层面负电荷，并依靠层间吸附的阳离子以使电荷平衡。凹凸棒石黏土具有较强的离子交换吸附能力，同时，部分颗粒物及其微团在飞向凹凸棒石粉的运动过程中会出现奇特的排斥飞散现象。本发明人发现，凹凸棒石粉具有很好的防细微颗粒的效果。
本发明中，优选的，凹凸棒石粉粒径为410-450目。
分子筛是一种结晶型的铝硅酸盐，具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道互相连接，分子有孔道经过。分子筛粉通过对物质的范德华力的物理吸附，其晶孔内部有很强的极性和库伦场，对极性分子和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。
在本发明中，优选将13X沸石分子筛经过EDTA改性。所述改性具体为：13X沸石分子筛和改性助剂和EDTA混合，干燥。所述改性助剂选自NaF、NH4F、KF中的一种或几种；所述改性助剂的加入量为13X沸石分子筛质量的0.5%～2%；所述EDTA的加入量为13X沸石分子筛质量的3%～5%。
经过改性的13X沸石分子筛脱除掉其中的铝，提高了热稳定性，吸附效果更佳。在本发明中，所述改性的13X沸石分子筛中二氧化硅和三氧化铝的摩尔比优选为50～200。
本发明优选采用粒径为436-480目的改性13X沸石分子筛。
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。根据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。本发明优选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，尤其是医用活性炭，作为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，添加活性炭可以优先吸附空气中的有机物等杂质、为对防细微颗粒保留了吸附能力，使得对防细微颗粒的效率翻倍提高。
本发明优选采用粒径为370-410目的医用活性炭。
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。原料粒度越细，越趋于均匀，成球性越好，球团强度越高。
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。
与现有技术相比，本发明提供了一种防细微颗粒的球形滤料、和使用该滤料的过滤盒、口鼻罩。在上述原料协同作用下，配合特定的球团成型工艺，本发明具有以下优点：（1）工艺过程简单，易于操作；（2）将多种吸附材料实现功能复合，空气经过本发明所述的球形滤料后，PM1.0，PM0.5，PM0.3，PM0.1的细微颗粒降到极低水平；（3）使用本发明的球形滤料的口鼻罩在高效过滤细微颗粒的同时，降低了呼吸阻力，使使用者感到舒适。
在本发明中，所有的原料，包括蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉和活性炭粉，均为无毒无害、与环境友好的矿物质材料，制成的球形滤料达到使用寿命后即可丢弃，有效防止了对环境造成的二次污染。
本发明提供了一种过滤盒，过滤盒内填充由上述技术方案所述的防细微颗粒的球形滤料。
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。
本发明的一种用于防细微颗粒的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体，过滤盒，透气孔，耳绳扣，弹性耳带。所述面罩主体可折叠，过滤盒安装在面罩主体开孔处。所述过滤盒的上下表面有透气孔，内腔填充本发明中过滤细微颗粒的球形滤料。所述耳绳扣为可调节设计，确保与面部贴合。所述弹性耳带为棉质高回弹材料，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效过滤PM1.0、PM0.5、PM0.3、PM0.1的细微颗粒，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
附图说明
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，以下结合相关附图和实施例对本发明提供的一种用于防细微颗粒的球形滤料的制备方法、和使用该球形滤料的口鼻罩进行详细描述。
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细微颗粒的口鼻罩，包括口鼻罩面罩主体1，过滤盒2，透气孔3，耳绳扣4，弹性耳带5。所述面罩主体1可折叠，过滤盒2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将整个过滤盒固定在面罩主体1。所述上零件的内腔填充本发明中过滤细微颗粒的球形滤料8，上零部件的上下表面有透气孔3。所述耳绳扣4为可调节设计，可调整弹性耳带5的使用长度，和口罩佩戴方式为耳挂或头带式，以确保与面部贴合。所述弹性耳带5为棉质高回弹材料，长时间佩戴舒适感好。该口鼻罩能高效过滤PM1.0、PM0.5、PM0.3、PM0.1的细微颗粒，且呼吸阻力小，进出气顺畅，佩戴更舒适。
实施例1
（1）称取粒径为400目的蛭石粉170g；
（2）称取粒径为420目的凹凸棒石粉130g；
（3）称取改性13X分子筛粉160g；
（4）称取医用活性炭粉120g，所述医用活性炭的比表面积为600m2/g；
（5）将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
（6）混合原料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130℃下烧制2.5小时后，即得多孔球形滤料；
（7）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
（1）称取粒径为415目的蛭石粉230g；
（2）称取粒径为430目的凹凸棒石粉170g；
（3）称取改性13X分子筛粉200g；
（4）称取医用活性炭粉150g，所述医用活性炭的比表面积为750m2/g；
（5）将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
（6）混合原料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40%，通过造球机滚成球，在150℃下烧制3小时后，即得多孔球形滤料；
（7）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
(1)称取粒径为425目的蛭石粉270g；
(2)称取粒径为440目的凹凸棒石粉200g；
(3)称取改性13X分子筛粉240g；
(4)称取医用活性炭粉180g，所述医用活性炭的比表面积为900m2/g；
(5)将上述四种粉末放入机械搅拌器中搅拌10分钟混合均匀；
(6)混合原料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45%，通过造球机滚成球，在200℃下烧制3.5小时后，即得多孔球形滤料；
(7)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使用本发明的口鼻罩处理前后细微颗粒，单位：mg/m3。
从表1可以看出，使用本发明的球形滤料的口鼻罩对过滤PM1.0、PM0.5、PM0.3、PM0.1的细微颗粒有很好的效果。
以上对本发明所提供的一种用于防细微颗粒的球形滤料、及使用该球形滤料的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 (9)
1.一种防细微颗粒的球形滤料，球形滤料以蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉和活性炭粉为原料，采用球团工艺成型，球体直径为2-3mm。
2.根据权利要求1所述蛭石粉、凹凸棒粉、13X分子筛粉和活性炭粉的重量比为150-300：100-220：135-260：100-200。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蛭石粉的粒径为400-425目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒石粉粒径为410-450目。
5.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%。
6.根据权利1所述球团工艺，其特征在于：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。
7.权利要求1至6中任一项所述的制备方法得到的用于去防细微颗粒的球形滤料。
8.一种空气过滤盒，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。
9.一种口鼻罩，其特征在于，由权利要求8所述的过滤盒构成。
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