CN112107996A - 一种空气过滤器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气过滤技术领域，公开了一种空气过滤器及其制备方法，本发明提供的空气过滤器由梯度泡沫钛板先在孔隙内外表面形成TiO2纳米管，然后电镀沉积纳米NiAg合金而成。梯度泡沫钛板起到消声降噪作用。TiO2纳米管表面电镀沉积的NiAg合金能提高TiO2纳米管的导电子能力以及NiAg合金对TiO2的协同作用提高TiO2对有机物的催化性能，梯度泡沫钛板吸附的有机物和细菌病毒被吸附、转移到NiAg/TiO2纳米管表面，使得有机物和细菌病毒的蛋白质被NiAg/TiO2纳米管氧化为CO2和水，过滤器具有很高的分解有机物和杀灭细菌病毒的能力。NiAg/TiO2纳米管不消耗，过滤器无需拆卸和清洗，过滤器的使用寿命较长。
Description
技术领域
本发明属于空气过滤技术领域，涉及一种空气过滤器及其制备方法，具体涉及一种梯度泡沫钛板孔隙内外表面形成TiO2纳米管电镀沉积纳米NiAg合金的空气过滤器及其制备方法。
背景技术
现有的空气过滤器具有过滤PM2.5的功效，通过室内空气的强排达到空气净化效果。这些空气过滤器大多采用具有高比表面积的活性炭、氧化铝、沸石、硅胶、离子交换树脂等材料，主要靠吸附作用，随着其使用，吸附能力不断减弱，减弱到一定程度，过滤器就会报废。这类过滤器需清洗，必须定期更换，拆卸很麻烦，维护周期短，如果没有及时更换，净化效果下降甚至造成二次污染。CN109789351A公开了一种空气过滤器滤材、空气过滤包以及空气过滤器单元，通过过滤器的结构设计提高对空气中颗粒的捕集效率，但是结构复杂，仍然是物理吸附。过滤器通常过滤空气中的微小颗粒物、花粉、细菌、病毒、工业废气和灰尘等，常用过滤器的物理吸附能只能满足简单的过滤功能，工业废气难以处理，尤其是新冠疫情爆发的情况下，这类过滤器不能对空气进行进一步的改善，细菌病毒可能会混杂在空气中进入室内，对人造成危害。CN111169256A公开了一种新能源汽车空调过滤器，采用冷触媒作分解层，杀菌层填充高锰酸钾，虽然能分解吸附的有机物，具有较高的净化细菌病毒功能，但是结构仍然复杂，且高锰酸钾易分解，分解后不具有杀灭细菌和病毒功能。CN111265685 A公开了一种杀菌装置和汽车空调箱，安装了手动开关或自动开关的至少一深紫外LED灯的杀菌组件，但是其结构复杂，需外接恒流电源，且紫外灯照射易泄漏，对人造成影响。CN210568860U公开了一种泡沫镍消声过滤除菌的船舶用组合式空调，采用泡沫镍消声过滤，TiO2光触媒杀菌，但是，泡沫镍与TiO2结合不紧密，且TiO2本身不具有杀菌功能，可能需外加紫外光源。同时具有消声降噪、吸附有机物并降解、高效灭杀细菌病毒、结构简单、拆卸方便的空气净化过滤器还未见报道。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种空气过滤器及其制备方法，该空气过滤器使用时噪音低，使用寿命长，能够有效分解吸附的有机物，还可以高效杀灭细菌和病毒。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种空气过滤器，该空气过滤器由梯度泡沫钛板为基板先在外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管，然后电镀沉积纳米NiAg合金而成。
优选的，所述梯度泡沫钛板内部通孔呈梯度结构设置，所述通孔的稠密程度连续变化且孔密度沿空气流动方向增大。
优选的，所述梯度泡沫钛板为矩形，厚度为2～5mm。
本发明还提供了一种上述空气过滤器的制备方法，包括下列步骤：
(1)对梯度泡沫钛板进行清洗处理；
(2)将步骤(1)处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化，然后依次洗涤、烘干、焙烧，使所述梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；所述电解液为氢氟酸和硫酸的混合溶液；
(3)将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；
其中，所述电镀液含有硝酸银0.01mol/L，硫酸镍0.01mol/L，硼酸20g/L，所述电镀液的pH为4.4。
优选的，上述制备方法中，所述清洗处理具体为：丙酮中超声除油15分钟，无水乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
优选的，上述制备方法中，所述电解液中，氢氟酸的浓度为1wt％，硫酸的浓度为1mol/L。
优选的，上述制备方法中，所述阳极氧化的电位为20V，时间30～120min。
优选的，上述制备方法中，所述焙烧的温度为500℃，所述焙烧的时间为3h。
优选的，上述制备方法中，所述电镀的电流密度为5mA/cm2，所述电镀的时间为30～90min。
优选的，上述制备方法中，所述阳极氧化的时间为60min，所述电镀的时间为30min。
与现有技术相比，本发明提供的空气过滤器采用梯度泡沫钛板为基板，在梯度泡沫钛板的内外表面先通过阳极氧化生成TiO2纳米管，然后通过电镀沉积NiAg合金，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器。本发明提供的空气过滤器中，梯度泡沫钛板可衰减混合空气的声波振动，声能在多孔空隙中摩擦，使通过的声波减弱，起到消声降噪作用。同时，空气中的有机物吸附在梯度泡沫钛板上呈梯度结构易扩散传质，可以更充分地与梯度泡沫钛板内外表面的NiAg/TiO2纳米管催化剂发生作用，生成二氧化碳和水，提高净化效果。此外，TiO2纳米管表面电镀沉积的NiAg合金能提高TiO2纳米管的导电子能力以及NiAg合金对TiO2的协同作用提高TiO2对有机物的催化性能，同时，梯度泡沫钛板吸附的有机物和细菌病毒被吸附、转移到NiAg/TiO2纳米管表面，暗室条件下使得有机物被氧化为CO2和水，细菌病毒的蛋白质被NiAg合金或者NiAg/TiO2纳米管破坏或氧化为CO2和水，从而使得过滤器具有很高的分解有机物和杀灭细菌病毒的能力。NiAg/TiO2纳米管不消耗，过滤器无需拆卸和清洗，延长过滤器的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，无水乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：1wt％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间60分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；
电镀液的组成：
AgNO3 0.01mol/L
NiSO4 0.01mol/L
H3BO3 20g/L
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 30分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
实施例2：
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，无水乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：1wt％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间60分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)过滤器的制备：将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；电镀液的组成：
AgNO3 0.01mol/L
NiSO4 0.01mol/L
H3BO3 20g/L
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 60分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
实施例3：
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：1wt％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间120分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)空气过滤器的制备：将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；，电镀液的组成：
AgNO3 0.01mol/L
NiSO4 0.01mol/L
H3BO3 20g/L
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 90分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
实施例4：
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：1wt％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间120分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)过滤器的制备：将制备好的孔隙内外表面形成TiO2纳米管的梯度泡沫钛板作为阴极进行电镀，电镀液的组成：
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 30分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
实施例5：
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成1％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间60分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)过滤器的制备：将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；，电镀液的组成：
AgNO3 0.01mol/L
NiSO4 0.01mol/L
H3BO3 20g/L
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 90分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
实施例6：
(1)梯度泡沫钛板的前处理：丙酮中超声除油15分钟，甲醇或乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干；
(2)梯度泡沫钛板孔隙内外表面TiO2纳米管的形成：将处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化；电解液的组成：1％的HF，1mol/L的H2SO4，电解电位20V，电解时间30分钟；电解完毕，去离子水洗涤，烘干，马弗炉中500℃焙烧3小时，使梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；
(3)过滤器的制备：将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；，电镀液的组成：
AgNO3 0.01mol/L
NiSO4 0.01mol/L
H3BO3 20g/L
电镀液的pH为4.4
电镀的电流密度： 5mA/cm2
电镀时间: 60分钟
电镀完毕，去离子水洗涤，烘干，得空气过滤器。
测试例：
有机气体的去除包括过滤器的吸附和降解，有机气体首先被过滤器吸附，然后有机气体被过滤器中的催化剂降解。有机气体去除率和降解率的测定以100mg/L的甲醛气化形成的气体为底物。以气相色谱仪测定甲醛气体通过空气过滤器前后的浓度进行比较计算得出有机气体去除率。以气相色谱仪测定甲醛气体通过过滤器6小时后吸附部分的浓度与通过过滤器去除的浓度进行比较计算得出有机气体降解率。杀菌率测定根据2017年消毒技术规范2.1所述方法(消毒产品消毒效果检验技术规范)，参照GB4789.2-2016《中华人民共和国国家标准食品卫生微生物学检验菌落总数测定》，采用菌落数法测定过滤器对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门氏菌、白色念珠菌的杀菌率，测定结果如表1所示。
表1本发明实施例提供的空气过滤器过滤与杀菌效果测定结果
| 实施例 | 有机气体去除率/％ | 有机气体降解率/％ | 杀菌率/％ |
| 实施例1 | 98 | 92 | 99.99 |
| 实施例2 | 95 | 87 | 99.99 |
| 实施例3 | 95 | 86 | 99.99 |
| 实施例4 | 96 | 90 | 99.99 |
| 实施例5 | 93 | 75 | 99.99 |
| 实施例6 | 93 | 74 | 99.99 |
根据表1可知，本发明实施例提供的空气过滤器具有较好的过滤与杀菌效果。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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种空气过滤器，其特征在于，所述空气过滤器由梯度泡沫钛板为基板先在外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管，然后电镀沉积纳米NiAg合金而成。
2.根据权利要求1所述的空气过滤器，其特征在于：所述梯度泡沫钛板内部通孔呈梯度结构设置，所述通孔的稠密程度连续变化且孔密度沿空气流动方向增大。
3.根据权利要求1所述的空气过滤器，其特征在于：所述梯度泡沫钛板为矩形，厚度为2～5mm。
4.权利要求1～3任一项所述的空气过滤器的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)对梯度泡沫钛板进行清洗处理；
(2)将步骤(1)处理好的梯度泡沫钛板在电解液中进行阳极氧化，然后依次洗涤、烘干、焙烧，使所述梯度泡沫钛板的外表面和通孔内壁形成TiO2纳米管；所述电解液为氢氟酸和硫酸的混合溶液；
(3)将步骤(2)处理得到的梯度泡沫钛板作为阴极，室温条件下在电镀液中进行电镀，电镀完毕后洗涤、烘干，得到表面负载有NiAg/TiO2纳米管催化剂的空气过滤器；
其中，所述电镀液含有硝酸银0.01mol/L，硫酸镍0.01mol/L，硼酸20g/L，所述电镀液的pH为4.4。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述清洗处理具体为：丙酮中超声除油15分钟，无水乙醇清洗，1mol/L的HF处理10分钟，二次蒸馏水超声清洗3次，烘干。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电解液中，氢氟酸的浓度为1wt％，硫酸的浓度为1mol/L。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述阳极氧化的电位为20V，时间30～120min。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为500℃，所述焙烧的时间为3h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电镀的电流密度为5mA/cm2，所述电镀的时间为30～90min。
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| CN110529927A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-12-03 | 江苏科技大学 | 梯度泡沫镍消声过滤除菌的船舶组合式空调 |
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