CN110052240B - 一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法 - Google Patents

一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法，1)将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；2)取LDH/g‑C3N4溶于水中得分散液，将干燥后的碳纤维毡放入LDH/g‑C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；3)重复2)多次，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g‑C3N4复合材料滤芯。本发明的滤芯，通过将水滑石LDH与石墨相氮化碳g‑C3N4进行复合，能有效的减小LDH的堆垛团聚，提高g‑C3N4的活性面积，增强复合材料的催化效能、吸附效能，然后通过碳纤维毡材料负载，使负载材料具有良好的吸附效果和稳定性。

Description

一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种空调滤芯，具体涉及一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高，汽车的普及率也越来越高，在给人们出行带来便利的同时也加剧了环境大气污染。机动车尾气逐渐成为城市大气污染的主要来源之一。可吸入颗粒物(PM10和PM2.5)粒径小，比表面积大，活性强，表面容易负载有毒有害物质，且在环境空气中持续的时间很长，可以被人体吸入，沉积在呼吸道、肺泡等部位，引发许多疾病，对人类危害大。由于道路大气污染严重，且车内空间狭小，可吸入颗粒污染物进入车内会严重影响驾乘人员的身体健康。
目前，车用空调在进气口位置装有过滤装置，用于过滤吸附空气中各种有害颗粒污染物，保证汽车内的空气清新，减少人体肺部对颗粒物等有害物质的吸入，减少疾病的发生。现有车载空调的过滤器的滤芯主要采用滤纸或棉布材料制成，其滤芯的容尘量有限，过滤效果一般，且使用寿命不长需要定期更换。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有车载空调的过滤器的滤芯主要采用滤纸或棉布材料制成，其滤芯的容尘量有限，过滤效果一般，且使用寿命不长需要定期更换，目的在于提供一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法，通过将水滑石LDH与石墨相氮化碳g-C3N4进行复合，能有效的减小LDH的堆垛团聚，提高g-C3N4的活性面积，增强复合材料的催化效能、吸附效能，然后通过碳纤维毡材料负载，使负载材料具有良好的吸附效果和稳定性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种复合材料车载空调滤芯，包括碳纤维毡，碳纤维毡上负载有多层LDH/g-C3N4材料。
石墨相氮化碳(g-C3N4)与石墨烯有相似的二维层状结构，其具有稳定性高、耐酸碱和便于改性等优点；水滑石(LDH)是一类典型的阴离子型插层材料，由带正电的氢氧化物层板和与之电荷平衡的层间阴离子组成，因其比表面积大，层板金属离子可控性及层间的可塑性了，因此本发明通过将g-C3N4和LDH进行复合制备LDH/g-C3N4复合材料，能够有效的减小LDH的堆垛团聚，提高g-C3N4的活性面积，增强复合材料的催化效能、吸附效能。碳纤维毡材料具有吸附广谱性，吸附容量大，耐酸、碱、有机溶液、油类，有良好的化学稳定性，使用寿命长，成本低，本发明将LDH/g-C3N4复合材料负载于碳纤维毡上，从而制得新型碳毡负载LDH/g-C3N4滤芯材料，负载了LDH/g-C3N4的碳毡增加了很多活性中心，可以活化络合物，促进反应的发生，能够显著的提高所制备滤芯的吸附效果，使其应用于车载空调的过滤层中，吸附净化效果好，容尘量大，使用寿命长。
一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，包括如下步骤，步骤1)：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤2)：取LDH/g-C3N4溶于水中得分散液，将干燥后的碳纤维毡放入LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；步骤3)：重复步骤2)多次，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
本发明滤芯材料制备过程，采用层层自组装的方法制备LDH/g-C3N4负载碳毡新型车载空调滤芯，通过PVA独特的粘接性，使LDH/g-C3N4能够一层一层的与碳毡牢固的结合在一起。负载LDH/g-C3N4后的碳毡滤芯，具有价格低廉、比表面积大、材料强度高、稳定性好、不容易受到腐蚀等优点，能够显著的提高所制备滤芯的吸附效果。LDH由于其良好的吸附性和离子交换能力，广泛的应用于印染、造纸、电镀和核废水处理工序中，但是其大部分适用于污水处理，本发明采用g-C3N4对LDH进行改性复合，得到的LDH/g-C3N4复合材料增大了活性位点，促进了对空气中污染颗粒的过滤吸附。
LDH/g-C3N4的制备方法如下，称取一定量的LDH，然后和三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在惰性气体中于300～600℃下焙烧2～8h，所得产物即为LDH/g-C3N4。
LDH的制备方法如下，将镁盐和铁盐按一定摩尔比溶于去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后加入NaOH，超声后将该混合液移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH。
镁盐浓度是0.03～0.5mol/L，镁盐与铁盐的摩尔浓度比为2～4:1，尿素的摩尔浓度是镁盐和铁盐摩尔浓度之和的2～8倍。
镁盐采用硝酸镁、硫酸镁、氯化镁中的一种，铁盐采用硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种，其中镁盐可采用镍盐、钴盐、锌盐、铜盐等替代，铁盐可采用铝盐、铬盐、钪盐等替代。
惰性气体选自氮气或氩气。
LDH和三聚氰胺的质量比为0.1～0.4:1。
超声功率为60-300W。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法，通过将水滑石LDH与石墨相氮化碳g-C3N4进行复合，能有效的减小LDH的堆垛团聚，提高g-C3N4的活性面积，增强复合材料的催化效能、吸附效能，然后通过碳纤维毡材料负载，使负载材料具有良好的吸附效果和稳定性；
2、本发明一种复合材料车载空调滤芯及其制备方法，采用层层自组装的方法制备LDH/g-C3N4负载碳毡新型车载空调滤芯，通过PVA独特的粘接性，使LDH/g-C3N4能够一层一层的与碳毡牢固的结合在一起，能够显著的提高所制备滤芯的吸附效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明实施例的一种复合材料车载空调滤芯，按以下步骤进行制备：
步骤1)：称量0.2mol氯化镁和0.1mol的氯化铁溶于100mL去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后快速加入1mol的NaOH，100W超声30min，超声后将该混合液移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH；步骤2)：称取0.6g LDH和3g三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在氮气氛中于300℃下焙烧6h，然后再分散到水中，所得产物即为LDH/g-C3N4分散液；步骤3)：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤4)：将干燥后的碳纤维毡放入步骤2)中LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；步骤5)：重复步骤4)多次使得多层LDH/g-C3N4负载在碳纤维毡上，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
实施例2
本发明实施例的一种复合材料车载空调滤芯，按以下步骤进行制备：
步骤1)：称量0.3mol硝酸镁和0.1mol的硝酸铁溶于100mL去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后快速加入0.8mol的NaOH，150W超声30min，超声后将该混合液移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH；步骤2)：称取0.8g LDH和3g三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在氮气氛中于300℃下焙烧6h，然后再分散到水中，所得产物即为LDH/g-C3N4分散液；步骤3)：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤4)：将干燥后的碳纤维毡放入步骤2)中LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；步骤5)：重复步骤4)多次使得多层LDH/g-C3N4负载在碳纤维毡上，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
实施例3
本发明实施例的一种复合材料车载空调滤芯，按以下步骤进行制备：
步骤1)：称量0.04mol硫酸镁和0.01mol的硫酸铁溶于100mL去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后快速加入0.12mol的NaOH，60W超声30min，超声后将该混合液移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH；步骤2)：称取0.8g LDH和2g三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在氮气氛中于300℃下焙烧6h，然后再分散到水中，所得产物即为LDH/g-C3N4分散液；步骤3)：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤4)：将干燥后的碳纤维毡放入步骤2)中LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；步骤5)：重复步骤4)多次使得多层LDH/g-C3N4负载在碳纤维毡上，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
实施例4
本发明实施例的一种复合材料车载空调滤芯，按以下步骤进行制备：
步骤1)：称量0.45mol硝酸镁和0.15mol的硝酸铁溶于100mL去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后快速加入1.5mol的NaOH，350W超声30min，超声后将该混合液移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH；步骤2)：称取0.6g LDH和3g三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在氮气氛中于300℃下焙烧6h，然后再分散到水中，所得产物即为LDH/g-C3N4分散液；步骤3)：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤4)：将干燥后的碳纤维毡放入步骤2)中LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt％的PVA溶液中浸泡10min，用水清洗再干燥；步骤5)：重复步骤4)多次使得多层LDH/g-C3N4负载在碳纤维毡上，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1h，用水清洗后干燥，得到碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
将上述方法制备的碳毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯放入车载空调中，测得车内外可吸入颗粒物的浓度见下表1：
表1各实施例空调滤芯对车内可吸入颗粒物的吸附情况
Figure BDA0002045420650000041
Figure BDA0002045420650000051
由上述实施例可知，车内装有碳毡负载LDH/g-C3N4滤芯(实施例1-4)的PM10和PM2.5浓度相比车外有显著的降低，即对PM10和PM2.5均有较好的吸附效果。单独的碳毡滤芯对PM10和PM2.5基本无吸附，且负载的LDH/g-C3N4越高，车内PM10和PM2.5的浓度越低，说明碳毡负载LDH/g-C3N4滤芯的吸附效果越好。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1）：将碳纤维毡在H2SO4溶液中浸泡1 h，再依次用乙醇、水清洗，然后干燥；步骤2）：取LDH/g-C3N4溶于水中得分散液，将干燥后的碳纤维毡放入LDH/g-C3N4的分散液中浸泡10 min，用水清洗再干燥；然后再在质量分数为1wt%的PVA溶液中浸泡10 min，用水清洗再干燥；步骤3）：重复步骤2）多次，然后将得到的负载碳毡在戊二醛溶液中浸泡1 h，用水清洗后干燥，得到碳纤维毡负载LDH/g-C3N4复合材料滤芯。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，LDH/g-C3N4的制备方法如下，称取一定量的LDH，然后和三聚氰胺充分混合，置于马弗炉中，在惰性气体中于300~600℃下焙烧2~8 h，所得产物即为LDH/g-C3N4。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，LDH的制备方法如下，将镁盐和铁盐按一定摩尔比溶于去离子水中，搅拌使其完全溶解，然后加入NaOH，超声后移入反应釜中，于120℃反应24h，反应液离心分离后，分别用去离子水和乙醇洗涤三次，干燥研磨，所得产物即为水滑石LDH。
4.根据权利要求3所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，镁盐浓度是0.03~0.5mol/L，镁盐与铁盐的摩尔浓度比为2~4:1，尿素的摩尔浓度是镁盐和铁盐摩尔浓度之和的2~8倍。
5.根据权利要求3所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，镁盐采用硝酸镁、硫酸镁、氯化镁中的一种，铁盐采用硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，惰性气体选自氮气或氩气。
7.根据权利要求2所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，LDH和三聚氰胺的质量比为0.1~0.4:1。
8.根据权利要求3所述的一种复合材料车载空调滤芯的制备方法，其特征在于，超声功率为60-300 W。
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