CN109013231A - 在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法 - Google Patents

在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，属于室内空气净化技术领域。所述方法是指臭氧催化分解材料浆液涂覆于预处理后的极板表面，然后进行极板焙烧处理，得到负载臭氧催化分解材料的极板。将本发明应用于静电除尘设备的窄极间距的极板，可使含尘气流与极板充分接触，与所述的极板接触的臭氧能够在室温条件下被高效去除，臭氧的催化降解反应条件温和，无二次污染，无安全隐患；简单易行，生产成本较低。应用本发明提供的方法在极板表面涂覆臭氧催化分解材料，极板在环境温度为5℃‑40℃、相对湿度为10％‑90％的条件下，臭氧去除率可达90％以上。

Description

在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催 化分解材料的方法
技术领域
本发明属于室内空气净化技术领域。具体地是，涉及一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，用以去除静电除尘高压放电过程产生的臭氧。
背景技术
室内空间是人们停留时间最长的场所，室内空气质量的优劣关系到每个人的身心健康。室内空气净化器能够有效去除室内空气污染物，改善室内空气质量，创造健康舒适的室内环境，因此备受当代人青睐。受大气雾霾影响，颗粒物成为最主要的室内空气污染物。净化空气中颗粒物的主要方法是纤维过滤和静电集尘，纤维过滤气流阻力较大，在高处理风量下噪音大、能耗高，且需定期更换内置滤网，导致运行成本偏高。
静电集尘由于其电场力直接作用于颗粒物，荷电颗粒在被捕集过程中几乎不阻碍空气流动，即气流阻力较小，因此与传统纤维过滤方法相比，具有净化效率高、能耗低的优势。除此之外，静电式空气净化器可通过水洗、振打等方式清除集尘极表面积聚的灰尘，故无需更换净化组件，减少了运行和维护费用。但是，静电式空气净化器的放电极在持续高压放电的过程中会产生臭氧，成为制约其大规模应用的关键因素。因此，去除静电除尘过程产生的臭氧是急需解决的难题。
目前，静电式室外新风或室内空气净化器净化臭氧的方法主要为活性炭吸附法和催化分解法。活性炭吸附法主要用活性炭作为吸附材料，利用其吸附和还原能力去除臭氧。但是在实际应用中，活性炭在使用一段时间后其净化臭氧的性能会下降甚至消失，故需经常对其进行再生或更换。另外，当臭氧达到一定浓度时，活性炭会与臭氧发生反应，致使活性炭过热，具有发生燃烧、爆炸的危险，故此法具有很大的局限性。与活性炭吸附法相比，催化分解法不需经常更换或再生催化剂，且此方法反应条件温和、处理效率高、能耗低，具有安全、稳定、经济、环保等优势，是目前分解臭氧较理想的方法。
为减小臭氧释放量，目前静电式室外新风或室内空气净化器通常采用两级净化技术，即前级为常规的颗粒物净化，后级为臭氧消除装置。但是，空气净化器中气体流速较大，单独增设臭氧消除装置会产生较大的气流阻力，从而影响净化效率，且该方法还会增加生产成本。
发明内容
本发明针对现有技术中，活性炭吸附材料因存在吸附烧蚀现象而需定期再生或更换，以及增设臭氧吸附或催化分解装置会产生较大气阻，从而影响净化效率且该法增加生产成本等问题，依据现有静电式室外新风或室内空气净化器窄极间距能够使气流与极板充分接触的有利条件，提供了一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其具体步骤如下：
第一步，极板表面预处理：采用机械方法或化学方法，去除极板表面污渍并粗化极板表面。所述的机械方法是指采用抛丸或喷砂的方法除去极板表面的氧化皮和锈蚀，并产生所需要的粗糙度，以提高臭氧催化分解材料与极板之间的结合力。所述的化学方法是指，首先按照磷酸二氢钾:高锰酸钾:柠檬酸:水的质量比为100:30:4:1000的关系配置磷化液；用磷酸调节磷化液的pH值为3.2-3.6；将极板浸渍于磷化液中，磷化处理6min；将经过磷化处理的极板放入去离子水中清洗、烘干，从而得到具有微观粗糙表面的极板。
第二步，臭氧催化分解材料浆液制备：首先按硝酸锰或乙酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为(5-15):100:(300-600)混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3-4；最后，从球磨机倒出浆液，即得到臭氧催化分解材料浆液。
第三步，臭氧催化分解材料浆液涂覆于极板表面：第一种方法为，在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡5-20min之后，再通过5-10次提拉的方法，使极板交替浸泡于浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。第二种方法为，借助气压喷涂的方式将混合均匀的臭氧催化分解材料浆液喷涂在预处理后的极板表面，得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。
第四步，极板后处理：涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干，然后进行焙烧处理，最后自然降至室温；所述的焙烧处理是指在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时，得到负载臭氧催化分解材料的极板。
在无特别说明情况下，上述制备工艺均在常温下进行。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)将本发明应用于静电除尘设备的窄极间距的极板，可使含尘气流与极板充分接触，从而为负载臭氧催化分解材料的极板去除臭氧创造了条件。
(2)本发明的在极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，简单易行，生产成本较低。
(3)应用本发明提供的涂覆臭氧催化分解材料的极板，与所述的极板接触的臭氧能够在室温条件下被高效去除，臭氧的催化降解反应条件温和，无二次污染，无安全隐患。
(4)安装本发明的涂覆臭氧催化分解材料的极板的静电除尘设备气流阻力小，不仅能够有效提高除尘效率，而且在高处理风量下噪音小、能耗低，故运行成本较低，经济实用。
(5)本发明提供的方法在极板表面涂覆臭氧催化分解材料，使得极板经久耐用，长期使用后其去除臭氧的性能不会下降或消失，故无需更换或再生，维护成本较低。
(6)应用本发明提供的方法在极板表面涂覆臭氧催化分解材料，极板在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可达90％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述方法在对静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板采用抛丸、喷砂或磷化的方法进行表面预处理后，通过涂覆臭氧催化分解材料浆液，再经焙烧工艺处理后制得具有臭氧分解作用的极板。待净化空气经过所述的静电式室外新风或室内空气净化器的过程中，所述极板在进行常规静电除尘的同时，还可以分解静电除尘过程产生的臭氧。具体的，本发明的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，包括如下步骤：
第一步，极板表面预处理：
方法1：机械方法
采用抛丸器使弹丸高速冲击或采用喷砂机使喷料高速喷射到金属极板表面，并产生所需要的粗糙度，将经过抛丸或喷砂处理的金属极板放入去离子水中清洗，烘干，待用。
方法2：化学方法
将磷酸二氢钾:高锰酸钾:柠檬酸:水按照100:30:4:1000的质量比配置磷化液；用磷酸调节磷化液的pH值至3.2-3.6；将金属极板浸渍于磷化液中进行磷化处理6min；将经过磷化处理的金属极板放入去离子水中清洗，烘干。
上述两种方法均能够除去极板表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度，以提高臭氧催化分解材料与极板基底材料之间的结合力，便于后续涂覆。
第二步，臭氧催化分解材料浆液制备
首先按硝酸锰(或乙酸锰):活性氧化铝粉:水的质量比为(5-15):100:(300-600)混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3-4；最后，从球磨机倒出浆液，即为臭氧催化分解材料浆液。
第三步，臭氧催化分解材料浆液涂覆于极板表面
采用的第一种方法为，在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡5-20min之后，再通过5-10次提拉的方法，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，室温下自然阴干，从而在极板表面得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。采用的第二种方法为，借助气压喷涂的方式将混合均匀的臭氧催化分解材料浆液喷涂在预处理后的极板表面，得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。
第四步，极板后处理
对涂覆了臭氧催化分解材料的极板进行焙烧处理，得到用于原位消除静电式室外新风和室内空气除尘过程伴生臭氧的极板。所述焙烧处理为：在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时，自然降至室温。
实施例1
本实施例提供一种在在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法为：
采用抛丸器使弹丸高速冲击金属极板表面，除去极板材料表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度；将经过抛丸处理的极板放入去离子水中清洗，烘干；按硝酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为5:100:300混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡5min之后，再通过5次提拉，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有要求或指定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干，然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的铝合金金属极板替代现有在新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到90％以上。
实施例2
本实施例提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法具体步骤为：
采用喷砂机使使喷料高速冲击金属极板表面，除去极板材料表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度；将经过抛丸处理的极板放入去离子水中清洗，烘干；按硝酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为15:100:600混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至4；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡20min之后，再通过10次提拉，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有一定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的不锈钢属极板替代现有在静电式新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到92％以上。
实施例3
本实施例提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法具体步骤为：
采用喷砂机使使喷料高速冲击金属极板表面，除去极板材料表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度；将经过抛丸处理的极板放入去离子水中清洗，烘干；按硝酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为10:100:500混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3.5；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡10min之后，再通过8次提拉，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有一定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的不锈钢属极板替代现有在静电式新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到90％以上。
实施例4
本实施例提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法具体步骤为：
按照磷酸二氢钾:高锰酸钾:柠檬酸:水的质量比为100:30:4:1000的关系配置磷化液；用磷酸调节磷化液的pH值为3.2；将极板浸渍于磷化液中，磷化处理6min；将经过磷化处理的极板放入去离子水中清洗，烘干，得到具有微观粗糙表面的极板；按乙酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为5:100:300混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡5min之后，再通过5次提拉，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有一定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的不锈钢属极板替代现有在静电式新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到90％以上。
实施例5
本实施例提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法具体步骤为：
按照磷酸二氢钾:高锰酸钾:柠檬酸:水的质量比为100:30:4:1000的关系配置磷化液；用磷酸调节磷化液的pH值为3.6；将极板浸渍于磷化液中，磷化处理6min；将经过磷化处理的极板放入去离子水中清洗，烘干，得到具有微观粗糙表面的极板；按乙酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为10:100:600混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至4；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌材料涂层浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于材料涂层浆液中，浸泡20min之后，再通过8次提拉，使极板交替浸泡于材料涂层浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有一定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的不锈钢属极板替代现有在静电式新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到92％以上。
实施例6
本实施例提供一种在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，所述的方法具体步骤为：
采用喷砂机使使喷料高速冲击静电除尘设备的金属极板表面，除去极板材料表面的氧化皮和锈蚀，并产生一定的粗糙度；将经过抛丸处理的极板放入去离子水中清洗，烘干；按乙酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为10:100:400混合原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3.5；最后，从球磨机倒出浆液，制得臭氧催化分解材料浆液。在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过表面预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡15min之后，再通过7次提拉，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有一定厚度的臭氧催化分解材料涂层；涂覆了均匀且具有一定厚度臭氧催化分解材料涂层的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。得到表面形成含有氧化锰和活性氧化铝混合物的均匀臭氧催化分解材料涂层的金属极板。
应用本发明制备得到的涂覆臭氧催化分解材料涂层的不锈钢属极板替代现有在静电式新风或室内空气净化器的金属极板，在环境温度为5℃-40℃、相对湿度为10％-90％的条件下，臭氧去除率可以达到90％以上。

Claims (8)

1.在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述方法包括4步：第一步，极板表面预处理；第二步，臭氧催化分解材料浆液制备；第三步，臭氧催化分解材料浆液涂覆于极板表面；第四步，极板后处理。
2.根据权利要求1所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的极板表面预处理是指借助机械方法或化学方法，去除极板表面污渍并粗化极板表面。
3.根据权利要求2所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的机械方法是指，采用抛丸或喷砂的方法去除极板表面的氧化皮和锈蚀，并产生所需要的粗糙度，以提高臭氧催化分解材料与极板之间的结合力。
4.根据权利要求2所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的化学方法是指，按照磷酸二氢钾:高锰酸钾:柠檬酸:水的质量比为100:30:4:1000的关系配置磷化液；用磷酸调节磷化液的pH值为3.2-3.6；将极板浸渍于磷化液中，磷化处理6min；将经过磷化处理的极板放入去离子水中清洗，烘干，得到具有微观粗糙表面的极板。
5.根据权利要求1所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的臭氧催化分解材料浆液制备是指，首先按硝酸锰或乙酸锰:活性氧化铝粉:水的质量比为(5-15):100:(300-600)混合作为原料；然后将原料送入球磨机球磨，并通过加入浓硝酸调节pH值至3-4；最后，从球磨机倒出浆液，即为臭氧催化分解材料浆液。
6.根据权利要求1所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的臭氧催化分解材料浆液涂覆的第一种方法是，在连续搅拌臭氧催化分解材料浆液的条件下，将经过预处理的极板浸渍于臭氧催化分解材料浆液中，浸泡5-20min之后，再通过5-10次提拉的方法，使极板交替浸泡于臭氧催化分解材料浆液和停留于空中，从而在极板表面得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。
7.根据权利要求1所述的在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的臭氧催化分解浆液涂覆的第二种方法是，借助气压喷涂的方式将混合均匀的臭氧催化分解材料浆液喷涂在预处理后的极板表面，得到均匀且具有要求或指定厚度的臭氧催化分解材料涂层。
8.根据权利要求1所述的在在静电式室外新风或室内空气净化的集尘极板上涂覆臭氧催化分解材料的方法，其特征在于：所述的后处理是指，涂覆了均匀且具有要求或指定厚度臭氧催化分解材料的极板先在室温下晾干；然后在空气气氛中以10℃/min的速率升温至550℃，并在550℃下焙烧3小时；最后，自然冷却至室温。
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