CN111495038B - 玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品，涉及空气净化新材料技术领域，解决了目前玻璃纤维滤芯不能抑制微生物繁殖和去除臭味的技术问题。该滤芯包括过渡金属和玻璃纤维。本发明将具有能够抑制微生物繁殖并且能够去除臭味的过渡金属以阳离子的形式吸附到玻璃纤维表面，进一步制备成高效空气滤芯。该滤芯适合融入到现有的空气滤芯生产工艺流程中并进行大规模生产，生产成本低，工艺流程简单，物料损失少。

Description

玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品

技术领域

本发明涉及空气净化新材料技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品。

背景技术

空气质量与我们的健康生活息息相关，在人口密度高的封闭环境中，如民用飞机客舱等，微生物容易通过飞沫在空气中传播，人体汗腺、食物、香氛等产生的气味在空气中的浓度也较高。大部分现代民用客机中客舱内的空气约有50％是由涡轮发动机的压气机经过冷却和减压后提供的舱外空气，另外50％是通过高效空气滤芯循环过滤的舱内空气。空气滤芯的过滤原理是通过玻璃纤维或高分子纤维交错形成网状结构捕捉空气中悬浮的颗粒物。

然而，传统的玻璃纤维滤芯无法捕捉气体，对有气味的空气也没有过滤效果。通常情况下，过滤气体和气味需要额外增加一层或多层吸附材料或催化材料。气体的去除效率与吸附材料或催化材料的颗粒物尺寸负相关，吸附材料和催化材料的粒径越小，对气体和气味的过滤效率越高。过滤层的使用寿命通常与其中的吸附材料或催化材料的重量正相关，所以单独的气体过滤层不仅会增加滤芯的自重，空气通过滤网时也会额外增加风阻，并产生更大的压降和能耗。

另外，玻璃纤维空气滤芯虽然对细菌和病毒有很高的捕捉效率，但是无法杀死捕捉到的微生物，有研究表明，在持续通风且干燥的管道环境，部分微生物在滤网上存活的时间可以长达到210天；当通风关闭且在空气湿度、温度、风速都适宜的环境中，附着在滤网上面的微生物同样可以繁殖生长。

公开号为CN109603853A的发明专利申请“常温催化剂和复合滤网及其应用”公开了一种气态污染物催化剂及复合滤网的制备方法。通过浸渍过渡金属或贵金属盐溶液的方式使过渡金属或贵金属负载到载体表面，经过干燥焙烧得到的催化剂，将催化剂负载到PET载体层制成催化剂层，最终催化剂层与颗粒物滤网复合制成复合滤网。

公开号为CN107497290A的发明专利申请“降解甲醛的汽车空调滤芯及其制备方法”公开了一种在紫外灯作用下降解甲醛的车载空气滤芯的的技术方案。将钛溶液与过渡金属盐溶液、石墨烯混合后进行水热反应，得到的催化剂与活性炭颗粒物，高分子乳液混合后通过静电纺丝制成复合纤维滤芯。

上述两件发明专利通过浸渍盐溶液后干燥的方式负载过渡金属或贵金属到载体上制成催化剂，其活性材料过渡金属或贵金属以颗粒物的形式被分散到滤网上制成复合滤网。然而，上述发明技术均没有具体描述催化剂的粒径。而催化剂的粒径是评价其活性和寿命的重要参数，这是因为当过渡金属或贵金属作为催化剂或抗菌材料使用时，只有处在颗粒物最外层的金属原子才能直接接触到空气中的气态污染物或微生物。处在颗粒物内层的原子接触不到外部环境，所以没有去除气体污染物的催化活性或是抑制微生物生长的抗菌活性。随着颗粒物尺寸增加，最外层的原子数占总原子数的比例急剧下降，所以过渡金属和贵金属的分散程度决定了其活性的利用效率。以通常作为抗菌材料的金属银为例，15nm以上的银颗粒90％以上的原子无法接触微生物，所以大部分的活性不能被利用。过渡金属层的质量和厚度越大，在空气流过滤芯时的阻力越大，也会增加滤网对风机的能耗并将降低过滤效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有的玻璃纤维滤芯不能抑制微生物繁殖和去除臭味的缺陷，提供了一种玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种玻璃纤维滤芯的制备方法，包括以下步骤：

将玻璃加热至熔融状态，待塑形成柱状，再进行火焰吹拉处理，经过所述火焰吹拉处理后的所述玻璃为纤维状，制成玻璃纤维初制品；

将所述玻璃纤维初制品分散在固定溶剂的水溶液中，高速搅拌1-10分钟形成混合溶液；

将所述混合溶液进行过滤、水洗分离出玻璃纤维；

将所述玻璃纤维分散在过渡金属盐溶液中进行离子置换反应，并进行水洗，采用湿法工艺过滤、重排及固定制成玻璃纤维滤纸；

将所述玻璃纤维滤纸进行打折及上胶，制成玻璃纤维滤芯；

所述火焰吹拉处理所吹出的气流中氧气所占体积比例为：5％-25％；

经过所述火焰吹拉处理后的玻璃纤维的直径为：0.1μm-5μm；

所述过渡金属盐溶液的过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；所述过渡金属为过渡金属阳离子，过渡金属阳离子包括：银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素；

所述过渡金属盐溶液摩尔体积为：0.01M/L–1.0M/L。

优选的，所述固定溶剂为磷酸或醋酸；所述固定溶剂的水溶液的摩尔体积比为500:1-5000:1。

优选地，在所述混合溶液中，氢离子通过离子置换反应置换出所述玻璃纤维上的阳离子；在所述过渡金属盐溶液中，所述过渡金属通过离子置换反应置换出所述氢离子，并吸附在所述玻璃纤维的表面。离子置换反应式为：

或者

其中，X为玻璃纤维的硅羟基，A为氢离子，B为一价或二价的过渡金属阳离子，C为一价或二价的碱金属和碱土金属阳离子。

优选地，所述玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂55％-65％、Al₂O₃ 3％-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO 0％-4％、SiO^-M⁺1％-2％；所述M代表过渡金属阳离子。

本发明还提供一种玻璃纤维滤芯，采用上文所述的玻璃纤维滤芯的制备方法制备的玻璃纤维滤芯，所述玻璃纤维表面的部分成份为所述过渡金属阳离子；所述过渡金属在所述玻璃纤维中非均匀分布，且主要集中在纤维外表面；所述玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂ 55％-65％、Al₂O₃ 3％-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO 0％-4％、SiO^-M⁺1％-2％；所述M代表过渡金属阳离子。

优选地，所述过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；所述过渡金属为过渡金属阳离子，所述过渡金属阳离子包括：银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素。

本发明还提供一种空气滤芯产品，包括上文所述的玻璃纤维滤芯。

实施本发明玻璃纤维滤芯的制备方法、玻璃纤维滤芯及空气滤芯产品的上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：本发明将具有能够抑制微生物繁殖并且能够去除臭味的过渡金属以阳离子的形式结合到玻璃纤维表面，进一步制备成高效空气滤芯产品。过渡金属的离子半径远小于同种金属的颗粒物的粒径，离子这种分散形式利用了离子半径小的特点，提高过渡金属的利用率，减少原材料的使用量，增加使用效率和使用寿命，降低制成滤芯后的风阻和风机耗能。过渡金属阳离子以离子置换的方式，受浓度梯度作用自发扩散到玻璃纤维带负电荷的空位上，生产过程耗能低。因此，该玻璃纤维滤芯生产成本低，工艺流程简单，物料损失少，适合融入到现有的空气滤芯生产工艺流程中，并可进行大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本发明实施例的玻璃纤维滤芯的制备方法流程图；

图2是本发明实施例的玻璃纤维滤芯的空气阻力测试图；

图3是本发明实施例的玻璃纤维滤芯的除菌效果测试图；

图4是本发明实施例的玻璃纤维滤芯的除臭效果测试图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本发明可能采用的各种示例性实施例，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明公开的一些方面相一致的方法的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行方法和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。在其他情况中，省略对众所周知的方法以及产品的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下实施例仅是一个特例，并不表明本发明就这样一种实现方式。为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

目前，现有技术的离子交换需要原有结构上的离子首先发生移动，空出位置之后外环境中的其他离子受浓度梯度影响扩散到空位上。玻璃板材的离子交换过程通常在高温熔融态进行，通过加热熔融状态使板材内部的离子发生移动。离子交换受扩散作用影响，反应速率符合菲克定律，而且半径越小的离子越容易扩散到纤维表面。本发明在室温条件下进行离子交换反应，首先，在玻璃纤维滤纸的湿法生产过程中，本身就会需要在水溶液中首先进行分散，故采用水溶液中离子交换工艺简单，成本低。本发明在玻璃纤维化的过程中通过调整吹拉气流的氧含量，使玻璃纤维的表面增加可以进行离子交换的硅羟基，另外，为了使纤维表面的原有的碱金属和碱土金属阳离子在水溶液中就发生移动，也先使用氢H离子置换原有纤维骨架上的阳离子，H离子半径最小，容易扩散，经过H离子交换后的玻璃纤维表面就存在更多的硅羟基。然后在弱碱性水溶液中，羟基上的氢离子游离出来之后的空位再置换过渡金属阳离子如铜离子或银离子等。

实施例一：

如图1所示，本发明提供玻璃纤维滤芯的制备方法实施例，包括步骤：

S10、将玻璃加热至熔融状态，待塑形成柱状，再进行火焰吹拉处理，制成玻璃纤维初制品。具体地，火焰吹拉处理所吹出气流中氧气所占的体积比例为：5％-25％；经过火焰吹拉处理后的玻璃纤维的直径为：0.1μm-5μm。

S20、将玻璃纤维初制品分散在固定溶剂的水溶液中，高速搅拌1-10分钟形成混合溶液。具体的，可以直接为水溶液或者固定溶剂的水溶液；优选的，固定溶剂为磷酸或醋酸，固定溶剂的水溶液的摩尔体积比为500:1-5000:1。S30、将混合溶液进行过滤、水洗分离出玻璃纤维。

S40、将玻璃纤维分散在过渡金属盐溶液中进行置换反应，并进行水洗，采用湿法工艺过滤、重排及固定制成玻璃纤维滤纸。

在本实施例中，需要配置过渡金属盐溶液；具体的，过渡金属盐溶液的过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；过渡金属为过渡金属阳离子，过渡金属阳离子包括银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素；过渡金属盐溶液的摩尔体积为：0.01M/L–1.0M/L。优选的，玻璃纤维滤纸在进行水洗时，水洗次数优选为2次。过渡金属盐溶液中的过渡金属阳离子通过离子置换反应吸附在玻璃纤维的表面。

S50、将玻璃纤维滤纸进行打折及上胶，制成玻璃纤维滤芯。

在玻璃制成玻璃纤维的过程中，将玻璃加热至熔融状态，经过火焰吹拉处理使玻璃呈现纤维状，调整吹出气流中的氧气含量至关重要。传统工艺中气流的由空气与可燃碳氢化合物(例如天然气)按化学计量比1:10混合，通过增加空气比例或额外添加氧气，使得气流中氧气的比例增加，气流喷出速度增加，在最快设定下的喷嘴出口的气流速度为150m/s，进而增加将初始材料(玻璃)制成纤维的拉伸力；而气流含氧气量越低，纤维表面SiO结构的含量越高，整体骨架出现电荷不匹配或电负性，部分1价的碱金属和2价的碱土金属以离子键的形式连接在SiO，离子键的连接的原子更容易游离出骨架。

在本实施例中，通过调整火焰吹拉工艺中气流的氧气含量，以控制玻璃纤维结构中SiO₂和SiO的比例。优选地，气流中氧气的体积比例在5％-25％之间，纤维表面SiO结构的含量从20％增加至40％，从而增加纤维表面可以用来置换过渡金属阳离子的硅羟基含量。与传统的工艺相比，此工艺产生的纤维速度更快，纤维更细。

在本实施例中，离子置换反应过程一般只在相同价键的离子之间发生置换反应，离子置换与玻璃纤维的组成有很大的关系。玻璃纤维是由二氧化硅四面体的基本结构单元通过强共价键的无序连接而组成的无定形结构，在玻璃纤维的结构中存在4价硅以外的其他原子，最常见的有3价的铝原子，1价碱金属原子和2价的碱土金属原子。离子置换反应的基本原理相对较简单，玻璃纤维X上的离子C与纤维外环境中的相同价键的离子B通过置换，离子C进入外环境中，离子B进入纤维外表面。

在本实施例中，过渡金属阳离子与玻璃纤维的离子置换反应在室温条件下进行。在玻璃纤维滤纸的湿法生产过程中，本身就会需要在固定溶剂与水混合的水溶液中首先进行分散，故采用水溶液中离子置换工艺简单，成本低。在玻璃纤维化的过程中通过调整吹拉气流的氧气含量，使玻璃纤维的表面增加可以进行离子置换反应的硅羟基；另外，为了使纤维表面的原有的碱金属和碱土金属阳离子在固定溶剂与水混合的水溶液中就发生移动，也先使用氢H离子置换原有纤维骨架上的阳离子，H离子半径最小，容易扩散，经过H离子置换后的玻璃纤维表面就存在更多的硅羟基。然后，在含过渡金属阳离子的弱碱性水溶液中，羟基上的氢离子游离出来之后的空位再置换过渡金属阳离子。具体的，在混合溶液中，氢离子通过离子置换反应置换出玻璃纤维上的阳离子；在过渡金属盐溶液中，过渡金属阳离子通过离子置换反应置换出氢离子，并吸附在玻璃纤维的表面；其离子置换反应式为：

或者

其中，X为玻璃纤维的硅羟基，A为氢离子，B为一价或二价的过渡金属阳离子，C为纤维骨架上一价或二价的碱金属和碱土金属阳离子。

进一步地，将玻璃纤维制成滤纸优选湿法工艺。湿法一般分为几个步骤，选择合适尺寸的纤维、分散、稀释、抗絮凝、成网和黏着。在湿法过程中，不同尺寸的纤维主要直径为0.1μm-5μm的纤维与粘合剂混合，均匀的悬浮于水中，粘合剂的浓度小于1％，浓度太高容易出现絮凝现象。通常可以通过调节溶液pH和使用高速搅拌设备来阻止纤维的团聚作用。湿法生产在分散玻璃纤维的过程中使用水作为分散介质，使纤维在滤纸中具有更高的均匀性，分布具有更好的各向异性的特点，最后制成的滤芯体积也更小。

在本实施例中，按照上述步骤制成的玻璃纤维滤芯，其玻璃纤维表面的部分成份为过渡金属阳离子；玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂ 55％-65％、Al₂O₃ 3％-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO 0％-4％、SiO-M+1％-2％。其中，M代表过渡金属阳离子。

实施例二：

本发明还提供一种玻璃纤维滤芯实施例，采用实施例一的玻璃纤维滤芯的制备方法来制备的玻璃纤维滤芯，该玻璃纤维滤芯包括过渡金属阳离子和玻璃纤维。具体地，玻璃纤维表面的部分成份为过渡金属阳离子，优选的，过渡金属在玻璃纤维中非均匀分布，且主要集中在纤维外表面；具体的，玻璃纤维滤芯的玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂55％-65％、Al₂O₃ 3-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO 0％-4％、SiO^-M⁺1％-2％。优选的，SiO₂ 65％、Al₂O₃ 10％、SiO^-M⁺2％。其中，M为过渡金属阳离子。

具体的，颗粒物的过渡金属或原子接触不到外部环境，所以没有去除气体污染物的催化活性或是抑制微生物生长的抗菌，而过渡金属的阳离子半径远小于同种金属的颗粒物的粒径，能够很好地抑制细菌和真菌的生长繁殖。过渡金属阳离子的半径远小于同种金属的颗粒物的粒径，以铜离子为例，如Cu²⁺的离子半径只有

催化剂颗粒物的粒径通常在100纳米以上，颗粒物载体的粒径通常在1000纳米以上。因此，过渡金属优选阳离子。

进一步地，过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；过渡金属为过渡金属阳离子，过渡金属阳离子包括银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素，即过渡金属阳离子选择银、铜、铁、钴、锰、镍及镧系元素中的一种或多种。过渡金属阳离子本身能够抑制细菌和真菌的生长繁殖，其中部分过渡金属阳离子还具有抗病毒的效果。长期以来广泛应用于具有抗菌和除菌能力的产品中，特别是银离子和铜离子用于制作抗菌面料、涂料、板材、粉末、溶液。同时包括镧系在内的过渡金属及其氧气化物纳米颗粒和团簇，能够在常温或较低温度下通过催化反应去除空气中的臭味或有害气体。

进一步地，玻璃纤维的直径范围为0.1μm-5μm。玻璃纤维是目前生产高效空气滤芯的主流原材料，由极细的玻璃纤维制成的高效空气滤芯对微生物的过滤效率可以达到99.999％以上。具体地，过渡金属阳离子通过离子置换反应吸附在玻璃纤维的表面。

实施例三：

本发明还提供一种空气滤芯产品，包括实施例一的玻璃纤维滤芯。更为具体的，按照实施一及实施例二所制成的空气滤芯产品为QA06423-01sc，包括实施例二的玻璃纤维滤芯为QA06423-02sc。

过渡金属阳离子的催化和抗菌的活性长期以来被大量研究并广泛应用在人们的生活中，本发明是将具有能够抑制微生物繁殖并且能够去除臭味的过渡金属以阳离子的形式结合到玻璃纤维的表面，并且进一步制成高效的空气滤芯产品。

具体的，空气滤芯产品可以为具有抗菌功能的空气滤芯，其中，滤芯上附着的细菌和真菌类微生物在温度20到40摄氏度，相对湿度50％-90％的封闭环境中无法生长，滤芯中的过渡金属阳离子含量越高，抗菌效果越好。

具体的，空气滤芯产品可以为具有除臭功能的空气滤芯，其中，当含有气态的有机酸、氨、硫醇、醛酮类等臭味的空气快速通过滤芯时，滤芯下游和上游的浓度比为30％，滤芯对臭味的去除率为70％，滤芯中的金属含量越高，臭味去除率越高。滤芯对臭味的去除率稳定，长时间使用后去除率也不衰减。

实施例四：

在本实施例中，应用实施例一中的玻璃纤维滤芯的制备方法，分别用过渡金属阳离子银和铜分别配成的硝酸银和醋酸铜盐溶液，搭配不同的玻璃纤维成份配方得到两种玻璃纤维滤芯，具体如下：

实例一：玻璃经火焰吹拉工艺得到直径在0.1μm-1.5μm范围的玻璃纤维，将玻璃纤维分散在0.01M-0.1M的磷酸或醋酸水溶液，以3000转每分钟搅拌1-10分钟，再过滤水洗后，配置AgNO₃溶液，摩尔质量浓度范围0.05M-0.5M，银离子在溶液中成正一价，再将玻璃纤维分散在AgNO₃溶液中，银离子由于浓度梯度的原因，通过扩散作用进入玻璃纤维表面，纤维表面的钠离子氢离子扩散到溶液中，之后水洗两次去除纤维局部残留的银离子。反应式为：

所得纤维经过过滤重排和固定制成玻璃纤维滤纸，滤纸经过打折上胶工艺制成玻璃纤维滤芯。所得纤维Na₂O的质量分数降低到5％，银离子的质量分数增加到2％。同时，玻璃纤维的成份及比例为SiO₂65％,Al₂O₃ 10％,B₂O₃ 4％-7％,Na₂O 5％,CaO 4％-7％,MgO2％-4％,SiO^-Ag⁺2％。

实例二：玻璃经火焰吹拉工艺得到直径在0.1μm-5μm范围的玻璃纤维，将玻璃纤维分散在0.01M-0.1M的磷酸或醋酸水溶液，以3000转每分钟搅拌1-10分钟，再过滤水洗后。配置Cu(CH₃COO)₂溶液，浓度在0.05M-0.5M，铜离子在溶液中成正二价，将玻璃纤维分散在Cu(CH₃COO)₂溶液中，铜离子扩散到玻璃纤维的表面，玻璃纤维的表面的钙离子扩散到溶液中，之后水洗两次去除玻璃纤维局部残留的铜离子。反应式为：

经过过滤重排和固定制成玻璃纤维滤纸，滤纸经过打折上胶工艺制成玻璃纤维滤芯，所得玻璃纤维滤芯中铜离子的质量分数增加到2％。同时，玻璃纤维的成份及比例为SiO₂ 55％,Al₂O₃ 13％-16％,B₂O₃ 5.8％-10％,CaO 15％-24％,2SiO^-Cu²⁺2％。

实施例五：

如图2所示，将实例一和实例二中制得的空气滤芯分别置于风量2000m³/h，尺寸为50x50cm的风道中，使用电容式压力传感器，测试空气滤芯上游和下游的压降情况。将测试结果与普通滤芯进行比较，压降没有明显增加。

具体的，作为直接接触类型的催化剂和抗菌材料，过渡金属阳离子这种分散形式利用了离子半径小的特点，提高过渡金属阳离子的利用率，减少原材料的使用量，增加使用效率和使用寿命，降低制成滤芯后的风阻和风机耗能。

实施例六：

如图3所示，将实例一中通过离子交换掺杂过渡金属阳离子的空气滤芯置于风量2000m³/h，尺寸为50x50cm的风道中，将含有大肠杆菌或MS₂噬菌体的培养液稀释后雾化，使其与滤芯上游新鲜空气混合并持续通过空气滤芯。连续7天每天剪下一小片滤芯并置于生长温度和湿度都适宜的封闭环境中培养，通过荧光显微镜观察微生物生长情况。将测试结果与普通涂敷过渡金属的滤芯进行比较，实例一的滤芯对微生物生长有更好的抑制作用。

上述实验表明，过渡金属阳离子能够抑制细菌和真菌的生长繁殖，其中部分金属离子还具有抗病毒的效果，长期以来广泛应用于具有抗菌和除菌能力的产品中，特别是银离子和铜离子用于制作抗菌面料、涂料、板材、粉末、溶液。

实施例七：

如图4所示，将掺杂过过渡金属阳离子的空气滤芯置于风量2000m³/h，尺寸为50x50cm的风道中，滤芯上游持续通入浓度为1ppm的有机酸或氨，连续监测滤芯下游污染物浓度滤芯下游污染物浓度。将测试结果与普通涂敷过渡金属的滤芯进行比较，掺杂过渡金属阳离子的滤芯对臭味的去除率达到70％，持续监测7天，去除率不会随时间延长而变化。

具体的，包括镧系在内的过渡金属及其氧化物纳米颗粒和团簇，能够在常温或较低温度下通过催化反应去除空气中的臭味或有害气体。本发明涉及在水溶液把具有除菌和催化作用的过渡金属直接引入玻璃纤维的表面，用来制作具有抗菌除臭功能的空气滤芯。

综上所述，过渡金属阳离子能够抑制细菌和真菌的生长繁殖，而且效果显著优于普通涂敷过渡金属的滤芯，实例一的滤芯对微生物生长有更好的抑制作用，而且除臭效率更高。进一步地，过渡金属阳离子以离子置换的方式，受浓度梯度作用自发扩散到玻璃纤维带负电荷的空位上，生产过程耗能低。因此，该玻璃纤维滤芯生产成本低，工艺流程简单，物料损失少，适合融入到现有的空气滤芯生产工艺流程中，并进行大规模生产。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种玻璃纤维滤芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将玻璃加热至熔融状态，待塑形成柱状，再进行火焰吹拉处理，经过所述火焰吹拉处理后的所述玻璃为纤维状，制成玻璃纤维初制品；

将所述玻璃纤维初制品分散在固定溶剂的水溶液中，高速搅拌1-10分钟形成混合溶液；

将所述混合溶液进行过滤、水洗分离出玻璃纤维；

将所述玻璃纤维分散在过渡金属盐溶液中进行离子置换反应，并进行水洗，采用湿法工艺过滤、重排及固定制成玻璃纤维滤纸；

将所述玻璃纤维滤纸进行打折及上胶，制成玻璃纤维滤芯；

所述火焰吹拉处理所吹出的气流中氧气所占体积比例为：5％-25％；

经过所述火焰吹拉处理后的所述玻璃纤维的直径为：0.1μm-5μm；

所述过渡金属盐溶液的过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；

所述过渡金属为过渡金属阳离子，所述过渡金属阳离子包括银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素；

所述过渡金属盐溶液的摩尔体积为：0.01M/L-1.0M/L。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固定溶剂为磷酸或醋酸；

所述固定溶剂的水溶液的摩尔体积比为500:1-5000:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述混合溶液中，氢离子通过离子置换反应置换出所述玻璃纤维上的阳离子；在所述过渡金属盐溶液中，所述过渡金属阳离子通过离子置换反应置换出所述氢离子，并吸附在所述玻璃纤维的表面；

所述离子置换反应式为：

或者

其中，所述X为玻璃纤维的硅羟基，所述A为氢离子，所述B为一价或二价的过渡金属阳离子，所述C为一价或二价的碱金属和碱土金属阳离子。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂ 55％-65％、Al₂O₃ 3％-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO0％-4％、SiO^-M⁺1％-2％；所述M代表过渡金属阳离子。

5.一种玻璃纤维滤芯，其特征在于，包括采用权利要求1-4任一项所述的玻璃纤维滤芯的制备方法制备的玻璃纤维滤芯，所述玻璃纤维表面的部分成份为所述过渡金属阳离子；

所述过渡金属在所述玻璃纤维中非均匀分布，且主要集中在纤维外表面；

所述玻璃纤维按质量分数的成份及比例为：SiO₂ 55％-65％、Al₂O₃3％-16％、B₂O₃ 4％-10％、Na₂O 0％-17％、CaO 4％-24％、MgO 0％-4％、SiO^-M⁺1％-2％；

所述M代表过渡金属阳离子。

6.根据权利要求5所述的玻璃纤维滤芯，其特征在于，所述过渡金属为一种或多种具有催化、杀菌和除臭功能的金属元素；

所述过渡金属为过渡金属阳离子，所述过渡金属阳离子包括银、铜、铁、钴、锰、镍和/或镧系元素。

7.一种空气滤芯产品，其特征在于，包括权利要求5-6中任一项所述的玻璃纤维滤芯。

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