CN109569100B - 一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法 - Google Patents

一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法，该滤网包括基体层和活性层，基体层为涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，活性层为Pt、Ag、N、F共掺杂的TiO2；通过先将泡沫镍网在蔗糖溶液中反应、干燥焙烧得基体层；然后将基体层浸入到由氟钛酸铵和尿素和去离子水混合形成的混合溶液中反应后，经干燥、焙烧得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，然后加入十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，再向溶液中滴加硼氢化钠溶液，得到浸渍液；然后将表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网浸入到浸渍液中反应，干燥后得到滤网。本发明的滤网空气阻力小、催化性能好。

Description

一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，涉及一种滤网，特别是涉及一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法。
背景技术
室内是人们接触最频繁、最密切的环境之一，一天内人们约有80~90%的时间是在室内度过的，因此室内环境的好坏直接影响着人们的身体健康。甲醛、甲苯和PM2.5等是室内空气污染物的重要组成部分。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。在常用的空气净化器中，HEPA和活性炭组件的结合可以十分有效的去除粉尘、有害气体和细菌微生物，从而达到洁净空气的目的。但是高效滤网和活性炭的作用方式都是将污染物截留在材料上，材料本身都有各自的吸附容量，达到饱和吸附后，易发生脱附。因此，该技术的最大缺点就是净化效果会随着时间的延长而降低，而室内空气净化器经过一定时间运行后就需要更换滤网，而替换下来的滤网若无法妥善处理将导致二次污染。同时该滤网还存在过滤阻力大等缺陷。
针对现有技术存在的缺陷，中国专利201710356660.7公开了一种空气净化器用复合滤网，其通过蚀刻处理不锈钢丝网以其为基体，然后涂覆二氧化硅和/或氧化铝镀层，再将活性组分二氧化钛、硫化铵和钨酸铋涂覆在最外层，该工艺利用含有三价铁或铜离子的溶液对不锈钢网进行蚀刻容易对基体造成破坏、钨酸铋为固体直接混入活性组分前驱体中容易聚集，且在制备过程中不易均匀分散影响催化效果。
发明内容
为了解决现有滤网滤阻大、活性层前驱体聚集且不以均匀分散的缺陷，本发明公开了一种可用于空气净化器的滤网及其制备方法，一方面，泡沫镍网表面本身具有一定的粗糙度不需要进行预处理就可以进行改性，同时其空气阻力较小，另一方面在滤网的表面包覆一层碳微球，在此基础上负载催化活性组分，从而使滤网的整体催化性能获得优化。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一方面，本发明公开了一种可用于空气净化器的滤网，包括基体层和活性层，所述基体层为涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，所述活性层位于基体层外，负载有TiO2、Pt和Ag；所述滤网的孔径为0.9~1.1μm；其中，所述活性层分为Pt、Ag、F、N共同改性的TiO2。
作为一种优选实施方式，所述基体层的制备方法为：将泡沫镍网溶于蔗糖溶液中，在200~400W的超声条件下反应30~60min得到混合物，将混合物转移至水热反应釜中于200~220℃反应4~6h，待水热反应釜冷却至室温后，得到表面涂覆有碳微球涂层的初级改性泡沫镍网；将初级改性泡沫镍网于100~110℃条件下干燥处理12h后，再在480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，即基体层。进一步地，所述蔗糖溶液是由蔗糖和去离子水按0.1~0.3g/mL的质量体积比配制而成的，所述泡沫镍网与蔗糖的质量比为1：（0.04~0.18）。
作为一种优选实施方式，所述TiO2活性层是通过如下方法负载到基体层的：先将氟钛酸铵和尿素溶于水溶液中配置成氟钛酸铵质量浓度为4~6 wt%的混合溶液，然后将基体层浸入到混合溶液中，置于常压反应釜中于90℃反应12h后，经蒸馏水洗涤后于100~110℃干燥12h，再于480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网。进一步地，氟钛酸铵与尿素的物质的量之比为1: （5~20）。
作为一种优选实施方式，所述Pt和Ag共同负载活性层是通过如下方法实现的：将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，然后加入十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，再向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，得到浸渍液；然后将表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网浸入到浸渍液中，在200~400w的超声条件下处理1~2h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，即得到滤网。进一步地，氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为5:1。
另一方面，本发明还公开了一种可用于空气净化器的滤网的制备方法，是通过如下步骤实现的：
(1)改性泡沫镍网
将泡沫镍网溶于蔗糖溶液中，在200~400W的超声条件下反应30~60min得到混合物，将混合物转移至水热反应釜中于200~220℃反应4~6h，待水热反应釜冷却至室温后，得到表面涂覆有碳微球涂层的初级改性泡沫镍网；将初级改性泡沫镍网于100~110℃条件下干燥处理12h后，再在480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，即基体层；
（2）活性组分TiO2的负载
将基体层浸入到由氟钛酸铵和尿素和去离子水混合形成的混合溶液中，置于常压反应釜中于90℃反应12h后，经蒸馏水洗涤后于100~110℃干燥12h，再于480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；
（3）活性组分Pt和Ag共同负载
将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，然后加入十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，再向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，得到浸渍液；然后将表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网浸入到浸渍液中，在200~400w的超声条件下处理1~2h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，即得到滤网。
作为一种优选实施方式，步骤（1）中，所述蔗糖溶液是由蔗糖和去离子水按0.05g/mL的质量体积比配制而成的，所述泡沫镍网与蔗糖的质量比为1：（0.04~0.18）；步骤（2）中，所述氟钛酸铵、尿素物质的量比为1:（5~20），混合溶液中氟钛酸铵的质量浓度为4~6 wt%；步骤（3）中，氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为8:1。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明所提供的改性泡沫镍网作为滤网，一方面可以替代传统的HEPA层和活性炭层，从而减少了催化净化器的组件数量降低生产成本，另一方面其可以对室内PM2.5进行有效吸附，将空气污染物甲醛、甲苯进行有效的催化转化，并且风阻较低，使用寿命长；
2）以泡沫镍网作为基体，在其表面原位涂覆一层碳微球涂层，其牢固度较强，此外一方面可以通过调节碳微球涂覆量调控滤网的孔径范围，从而有利于加强对PM2.5的吸附；另一方面碳微球的涂覆可以有效增加滤网的比表面积，从而有利于活性组分在其表面的负载；
3）利用尿素作为沉淀剂将前驱体氟钛酸铵以TiO2的形式涂覆在滤网的表面一方面可以实现TiO2的均匀分散，另一方面可以实现S和F对活性组分TiO2的共同掺杂从而提高活性组分TiO2的表面氧空位浓度进而增强其催化氧化性能；
4）以溶胶还原的方法将活性组分Pt和Ag负载到催化剂的表面，一方面可以使实现Pt和Ag的均匀分散，另一方面利于Pt和Ag之间形成合金从而强化滤网对室内有机物的催化氧化性能和反应稳定性。
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。
实施例1
1)泡沫镍网的改性
称取一定量的蔗糖溶于蒸馏水中在室温下搅拌使其完全溶解，然后向其中加入泡沫镍网使其完全浸入溶液中并在200w的超声条件下处理60 min，接着将混合物整体转移至水热反应釜中于200℃处理6h,待反应釜冷却至室温后将得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，将所得的产物置于105℃的条件下干燥处理12h后于500℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到改性泡沫镍网；其中蔗糖与去离子水的质量体积比为0.1g/mL，泡沫镍网与蔗糖的重量比为1:0.05；
2）活性组分TiO2的负载
将氟钛酸铵、尿素溶于水溶液中配置成氟钛酸铵质量浓度为4 wt%的混合溶液，将步骤1）中的改性泡沫镍网浸入其中，将其整体转移置常压反应釜中于90℃处理12h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，再于500℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；其中氟钛酸铵和尿素的物质的量比为1:10；
3）活性组分Pt和Ag的负载
将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，接着向溶液中
加入一定量的十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，然后向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，将步骤2）中所得滤网浸入其中，在400w的超声条件下处理1h，接着用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，最终孔径调控在0.9微米；其中氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为8:1。
对该滤网进行过滤效率和过滤阻力性能测定时，按照国家标准GB 2626-2006执行；气态污染物脱除效率按照国家标准GB/T 18801-2008执行。结果显示其PM2.5的过滤效率为99.99%，风阻为40Pa，甲苯的脱除率为99.8%，甲醛的脱除率达到99.9%。
实施例2
1）泡沫镍网的改性
称取一定量的蔗糖溶于蒸馏水中在室温下搅拌使其完全溶解，然后向其中加入泡沫镍网使其完全浸入溶液中并在400w的超声条件下处理30 min，接着将混合物整体转移至水热反应釜中于220℃处理4h,待反应釜冷却至室温后将得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，将所得的产物置于110℃的条件下干燥处理12h后于520℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到改性泡沫镍网；其中蔗糖与去离子水的质量体积比为0.2g/mL，泡沫镍网与蔗糖的重量比为1:0.15；
2）活性组分TiO2的负载
将氟钛酸铵、尿素溶于水溶液中配置成氟钛酸铵质量浓度为5 wt%的混合溶液，将步骤1）中的改性泡沫镍网浸入其中，将其整体转移置常压反应釜中于90℃处理12h后，用蒸馏水洗涤后于100℃干燥12h，再于520℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；其中氟钛酸铵和尿素的物质的量比为1:0.001:5；
3）活性组分Pt和Ag的负载
将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，接着向溶液中
加入一定量的十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，然后向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，将步骤2）中所得滤网浸入其中，在200w的超声条件下处理2h，接着用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，最终孔径调控在1.1微米；其中氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为8:1；
对该滤网进行过滤效率和过滤阻力性能测定时，按照国家标准GB 2626-2006执行；气态污染物脱除效率按照国家标准GB/T 18801-2008执行。结果显示其PM2.5的过滤效率为99.91%，风阻为30Pa，甲苯的脱除率为99.2%，甲醛的脱除率达到99.8%。
实施例3
1）泡沫镍网的改性
称取一定量的蔗糖溶于蒸馏水中在室温下搅拌使其完全溶解，然后向其中加入泡沫镍网使其完全浸入溶液中并在300w的超声条件下处理45 min，接着将混合物整体转移至水热反应釜中于210℃处理5h,待反应釜冷却至室温后将得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，将所得的产物置于100℃的条件下干燥处理12h后于480℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到改性泡沫镍网；其中蔗糖与去离子水的质量体积比为0.3g/mL，泡沫镍网与蔗糖的重量比为1:0.1；
2）活性组分TiO2的负载
1）将氟钛酸铵、尿素溶于水溶液中配置成氟钛酸铵质量浓度为6 wt%的混合溶液，将步骤1）中的改性泡沫镍网浸入其中，将其整体转移置常压反应釜中于90℃处理12h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，再于480℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；其中氟钛酸铵和尿素的物质的量比为1:0.005:20；活3）性组分Pt和Ag的负载
将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，接着向溶液中
加入一定量的十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，然后向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，将步骤2）中所得滤网浸入其中，在300w的超声条件下处理1.5h，随后得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，接着用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，最终所得滤网的最终孔径调控在1.0微米；其中氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的质量比为5:1。
对该滤网进行过滤效率和过滤阻力性能测定时，按照国家标准GB 2626-2006执行；气态污染物脱除效率按照国家标准GB/T 18801-2008执行。结果显示其PM2.5的过滤效率为99.95%，风阻为35Pa，甲苯的脱除率为99.5%，甲醛的脱除率达到99.9%。
实施例4
在实施例1中去活性碳微球涂覆步骤，其余各步骤都同实施例1；活性测试结果显示其PM2.5的过滤效率为60.78%，风阻为25Pa，甲苯的脱除率为79.6%，甲醛的脱除率达到95.6%，。
实施例 5
在实施例1中的活性组分浸渍步骤，将活性组分中的Pt去除，其余各步骤都同实施例1；活性测试结果显示其PM2.5的过滤效率为99.97%，风阻为34Pa，甲苯的脱除率为68.2%，甲醛的脱除率达到76.1%。
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 (8)

1.一种可用于空气净化器的滤网，其特征在于：包括基体层和活性层，所述基体层为涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，所述活性层位于基体层外，负载有TiO2、Pt和Ag；所述滤网的孔径为0.9~1.1μm；其中，所述活性层为为经Pt、Ag、F、N共掺杂TiO2；
具体是通过如下步骤实现的：
(1)改性泡沫镍网
将泡沫镍网溶于蔗糖溶液中，在200~400W的超声条件下反应30~60min得到混合物，将混合物转移至水热反应釜中于200~220℃反应4~6h，待水热反应釜冷却至室温后，得到表面涂覆有碳微球涂层的初级改性泡沫镍网；将初级改性泡沫镍网于100~110℃条件下干燥处理12h后，再在480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，即基体层；
（2）活性组分TiO2的负载
将基体层浸入到由氟钛酸铵和尿素和去离子水混合形成的混合溶液中，置于常压反应釜中于90℃反应12h后，经蒸馏水洗涤后于100~110℃干燥12h，再于480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网；
（3）活性组分Pt和Ag共同负载
将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，然后加入十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，再向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，得到浸渍液；然后将表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网浸入到浸渍液中，在200~400w的超声条件下处理1~2h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，即得到滤网。
2.根据权利要求1所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：所述基体层的制备方法为：将泡沫镍网溶于蔗糖溶液中，在200~400W的超声条件下反应30~60min得到混合物，将混合物转移至水热反应釜中于200~220℃反应4~6h，待水热反应釜冷却至室温后，得到表面涂覆有碳微球涂层的初级改性泡沫镍网；将初级改性泡沫镍网于100~110℃条件下干燥处理12h后，再在480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h得到表面涂覆有碳微球涂层的改性泡沫镍网，即基体层。
3.根据权利要求1所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：所述TiO2活性层是通过如下方法负载到基体层的：先将氟钛酸铵和尿素溶于水溶液中配置成氟钛酸铵质量浓度为4~6 wt%的混合溶液，然后将基体层浸入到混合溶液中，置于常压反应釜中于90℃反应12h后，经蒸馏水洗涤后于100~110℃干燥12h，再于480~520℃的氩气气氛下焙烧处理3h，得到表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网。
4.根据权利要求3所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：所述Pt和Ag共同负载活性层是通过如下方法实现的：将氯铂酸和硝酸银溶于蒸馏水中，在室温下搅拌处理30min，然后加入十二烷基苯磺酸钠继续搅拌处理30min，再向溶液中滴加新配置的硼氢化钠溶液，得到浸渍液；然后将表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网浸入到浸渍液中，在200~400w的超声条件下处理1~2h后，用蒸馏水洗涤后于105℃干燥12h，得到表面经Pt和Ag改性的的滤网，即得到滤网。
5.根据权利要求2所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：所述蔗糖溶液是由蔗糖和去离子水按0.1~0.3g/mL的质量体积比配制而成的，所述泡沫镍网与蔗糖的质量比为1：（0.04~0.18）。
6.根据权利要求3所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：氟钛酸铵与尿素的物质的量之比为1: （5~20）。
7.根据权利要求4所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为8:1。
8.根据权利要求1所述可用于空气净化器的滤网，其特征在于：步骤（1）中，所述蔗糖溶液是由蔗糖和去离子水按0.1~0.3g/mL的质量体积比配制而成的，所述泡沫镍网与蔗糖的质量比为1：（0.04~0.18）；步骤（2）中，所述氟钛酸铵、尿素物质的量比为1:（5~20），混合溶液中氟钛酸铵的质量浓度为4~6 wt%；步骤（3）中，氯铂酸与硝酸银的物质的量比为1:1；十二烷基苯磺酸钠与氯铂酸的质量比为3:1；表面经N、F共掺杂TiO2涂层的滤网与氯铂酸的质量比为100:0.15；硼氢化钠与氯铂酸的物质的量比为8:1。
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