CN112452057A - 一种可重复使用的空气滤芯及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可重复使用的空气滤芯，包括：骨架，设置于骨架内部的第一滤层和第二滤层；所述骨架为筒状结构，且外壁开设若干出风口，所述出风口与骨架内部相连通，所述第一滤层，第二滤层沿骨架内壁依次向骨架内部径向设置，所述第二滤层内表面设有固定网，所述第一滤层与第二滤层对应分别包括至少两层相互重叠的微米纤维膜，纳米纤维膜，所述微米纤维膜与纳米纤维膜均通过加入纳米二氧化钛共混后静电纺丝制成，所述相邻两层纤维膜之间错位布置若干凸起部，所述凸起部外表面熔覆恶唑衍生物涂层。本发明，通过在滤芯内部植入光源体，使其具备从内部发生光催化分解反应，提高了滤芯的使用效率以及使用寿命。

Description

一种可重复使用的空气滤芯及净化方法

技术领域

本发明涉及空气净化及过滤设备领域，更具体涉及一种可重复使用的空气滤芯及净化方法。

背景技术

空气中含有大量的细颗粒物、有害气体等，其中细颗粒物能够长时间的悬浮于空气中。这些颗粒物的粒径小、面积大、活动性强，其易附带有毒、有害物质，例如，重金属、微生物病原体等，且这些细颗粒物在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前的空气净化器的研发主要针对直径很小的细颗粒物的过滤。

空气滤芯是一种过滤器，又叫空气滤筒、空气滤清器、风格等。主要用于工程机车、汽车、农用机车、实验室、无菌操作室及各种精密操作室中的空气过滤。

空气滤芯在过滤的过程中其表面会吸附大量的颗粒杂质，随着杂质不断增加，空气滤芯表面的滤孔将被堵塞，并且在空气滤芯表面还会形成滤饼、粉尘架桥等，因此需要对空气滤芯表面堆积的杂质进行清除，实现空气滤芯过滤功能的再生。对空气滤芯表面杂质的清除一般有机械方式，例如通过刷子或机械振荡方法，但是这种机械方式的设备结构复杂，而且由于动作一致性差，容易损坏空气滤芯，空气滤芯损伤后表面的杂质会进入空气滤芯内，这将会污染净化气体带入后续工序造成极大的损失。还有通过向过滤装置反吹入高压气流，使反吹的高压气流反吹入空气滤芯内实现逆向清灰的方式。但是反吹高压气流时，由于喷嘴形状和进入空气滤芯的反吹高压气流形成的高压膨胀区破裂位置不同，导致存在难以清除的死角位置。另外还有一种通过燃烧除尘的方式。因为空气滤芯表面的沉积杂质一般为焦油或黄磷等可燃物质，因此可以将空气滤芯置于空气或高含氧量的气体中，通过气体在高温下与所述的沉积杂质燃烧达到取出杂质的目的。但这种方式在燃烧时放热量大，并且难以对燃烧温度进行控制。同时由于通常在燃烧时空气滤芯让然是安装在过滤装置中的，即空气滤芯处于在线状态，过滤装置内不同位置的气体流动状态是不同的，由此导致不同位置的空气滤芯周围气体的含氧量不相同，其表面杂质燃烧的充分程度不同。而且在过滤装置内会存在死区，燃烧时产生的热量不能被气体带走，使得局部温度很高。这些因素都会导致空气滤芯在通过高温燃烧方式再生时不同位置空气滤芯的温度不同，即使同一根空气滤芯的不同位置温度也会有所不同，非常容易产生空气滤芯局部温度高而导致滤芯变形损坏。

滤芯分离气体中固体颗粒，或者使不同的物质成分充分接触，加快反应时间，可保护设备的正常工作或者空气的洁净，当气体进入置有一定规格滤网的滤芯后，其杂质被阻挡，而清洁的流物通过滤芯流出。

现有的家居电器，公共场所的空调系统以及汽车内部均涉及空气滤芯的使用，但往往很多滤芯属于周期较短的一次性产品，在环境愈发恶劣的当下，很少家庭或企业能够满足滤芯的周期性更换，即使更换也需要很长周期。除此之外，目前的滤芯清洗装置往往会破坏滤芯的结构层，使清洗过后的滤芯效用大幅度下降，如此，在不影响滤芯的过滤等级的同时，如何做到降低滤芯成本，做到重复利用，成为根本要解决的问题。

有鉴于此，有必要对现有技术中的滤芯材料成分与构造予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种可重复使用的空气滤芯及净化方法，旨在改善现有的空气净化器中的过滤装置长久使用后，对细颗粒物的过滤效率不高以及无法重复使用的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种可重复使用的空气滤芯，包括：骨架，设置于骨架内部的第一滤层和第二滤层；

所述骨架为筒状结构，且外壁开设若干出风口，所述出风口与骨架内部相连通，所述第一滤层，第二滤层沿骨架内壁依次向骨架内部径向设置，所述第二滤层内表面设有固定网，所述第一滤层与第二滤层对应分别包括至少两层相互重叠的微米纤维膜，纳米纤维膜，所述微米纤维膜与纳米纤维膜均通过加入纳米二氧化钛共混后静电纺丝制成，所述微米纤维膜与纳米纤维膜的表面均布置若干凸起部，所述凸起部呈颗粒状且外表面熔覆恶唑衍生物涂层。

作为本发明的进一步改进：所述凸起部呈点状阵列排布，且具有导电性。

作为本发明的进一步改进：所述纳米二氧化钛与碳量子点复合，用以提高纳米二氧化钛光催化效率。

作为本发明的进一步改进：所述骨架两端对向布置上端盖和下端盖，所述上端盖开设凹形腔，并在凹形腔内开设进气口，所述上端盖还设有拉环。

作为本发明的进一步改进：所述纳米纤维膜的纤维直径为50－100nm，所述微米纤维膜的纤维直径为80-200nm。

作为本发明的进一步改进：所述固定网为不锈钢金属丝滤网，所述固定网外侧包裹一层玻璃纤维毡，所述玻璃纤维毡与第一滤层相贴合。

作为本发明的进一步改进：所述静电纺丝工艺中，还包括将所述壳聚糖与粘合剂混合后进行静电纺丝的步骤。

作为本发明的进一步改进：所述粘合剂为聚环氧乙烷或者聚乳酸－羟基乙酸共聚物。

本发明还提供了一种空气滤芯的净化方法，包括以下步骤：

步骤S1：将空气滤芯浸泡在氯化钠溶液中，使空气滤芯具有导电性；

步骤S2：将通过步骤S1所处理的空气滤芯的两端接入正负极形成电势差，对空气滤芯的过滤层进行通电，使恶唑衍生物涂层发出紫外光，并能够均匀分布在过滤层之间，实现所述过滤层内的污物在纳米二氧化钛和紫外光的催化反应下被降解；

步骤S3：将所述空气滤芯放入容器罐中并通过压力泵向内依次间断注射，抽吸清水，对所述过滤层内的污物进行清洗，同时采用超声波清洗。

作为本发明的进一步改进：所述步骤S3处理后的空气滤芯通过气压冲洗的方式去除杂质。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）设置两种过滤等级不同的第一滤层和第二滤层，增加了滤芯的过滤效果，第一滤层与第二滤层均为多层结构，其中第二滤层的纳米纤维膜的孔径小于第一滤层的微米纤维膜的孔径，，针对不同粒径的气溶胶颗粒，分离过滤净化，对空气中的PM2.5颗粒的过滤效果极好，实现了高效净化。

（2）第一滤层内表面设有的过滤网以及骨架对第一滤层以及第二滤层起到一定的固定与支撑作用，同时骨架可以起到对第一滤层和第二滤层的保护，避免了滤芯结构的破坏，固定网在某种程度上起到阻挡较大的固体颗粒物，也起到一定的分流的作用，避免了空气气压过高，破坏滤层结构。

（3）通过静电纺丝的方式生产工艺参数更优的微米级直径的聚合物细丝和纳米级直径的聚合物细丝。通过加入光催化剂纳米二氧化钛共混后纺丝，以及在相邻两层膜之间设置具有导电性的凸起部和在凸起部外表面熔覆恶唑衍生物涂层，实现了在滤芯内内置光催化剂以及光源体，为滤芯自身实现光催化反应提供了实现的可能性，使得滤芯具有自身净化的功能，改善了滤芯的使用寿命周期，提高了滤芯的利用率，真正实现了滤芯的重复利用，达成了环保的主题。

（4）利用荧光碳量子点无毒、制备简单、成本低廉、性能稳定、不含重金属、且转化效率高，透明、无沉降，无光散的优点对纳米二氧化钛进行改性，提高了纳米二氧化钛的光利用效率，从而提高了光催化效率。

（5）固定网面向第一滤层的一侧设有的玻璃纤维毡可吸附大量的固体颗粒物，延长了滤芯的使用寿命。

（6）以壳聚糖为主要原料，在其中加入粘合剂，经过预处理后进行静电纺丝，形成共轴复合纤维，、能够提高壳聚糖纤维膜的力学性能，对第一滤层和第二滤层的结构强度做到保证，避免了纤维膜的脆裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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；

图1为本发明一种可重复使用的空气滤芯的立体图；

图2为图1中仅示出第一滤层，第二滤层、固定网、骨架的位置关系示意图；

图3为图1中仅示出第一过滤层的结构示意图。

图中：1、骨架；2、第一滤层；3、第二滤层；4、出风口；5、固定网；6、凸起部；7、上端盖；8、下端盖；9、进气口；10、拉环。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

请参图1至图3所示出的本发明一种可重复使用的空气滤芯的一种具体实施方式。

在本实施方式中， 一种可重复使用的空气滤芯，包括：骨架1，设置于骨架1内部的第一滤层2和第二滤层3；骨架1为筒状结构，且外壁开设若干出风口4，出风口4与骨架1内部相连通，第一滤层2，第二滤层3沿骨架1内壁依次向骨架1内部径向设置，第二滤层3内表面设有固定网5，第一滤层2与第二滤层3对应分别包括至少两层相互重叠的微米纤维膜，纳米纤维膜，微米纤维膜与纳米纤维膜均通过加入纳米二氧化钛共混后静电纺丝制成，所述微米纤维膜与纳米纤维膜的表面均布置若干凸起部6，所述凸起部6呈颗粒状且外表面熔覆恶唑衍生物涂层。

具体的，参图2所示，筒状结构的骨架1为金属，且外周表面开设有若干椭圆形出风口4，出风口4自骨架1的内端壁向骨架1的外端壁呈收缩状，为气体的流动增加一定的压力差，提高了过滤后气体的流动性。筒状的骨架1在一定程度上起到支撑第一滤层2与第二滤层3的作用，通过在第一滤层2的内表面设有的固定架以及骨架1，从内外端两个方向对第一滤层2和第二滤层3夹持，第一滤层2与第二滤层3均为多层结构，第一滤层2为微米纤维膜，纤维直径为80-200nm，第二层为纳米纤维膜，纤维直径为50-100nm，在过滤等级上，第一层的过滤效果要好于第二滤层3，因此第一滤层2与第二滤层3的过滤对象存在差异，从而实现分级过滤，第二滤层3用于拦截空气中尺寸为微米级的颗粒物，第一滤层2用于拦截空气中尺寸为纳米级的颗粒物，PM2.5的颗粒物在第二滤层3的截留效果最好，微米纤维膜和纳米纤维膜均采用包含壳聚糖的原料通过静电纺丝工艺加工而成。壳聚糖是由自然界广泛存在的几丁质(chitin)经过脱乙酰作用得到的。壳聚糖这种天然高分子具有生物相容性和微生物降解性，绿色环保。在壳聚糖原料中混入一定比例的二氧化钛粉末，在聚合物溶液或熔体状态下，通过在强电场中进行喷射纺丝，能够制成外表层富含二氧化钛分子的纤维膜。相邻两层纤维膜之间排布具有导电性的凸起部6，凸起部6为圆点阵列排布，在凸起部6的表面熔覆恶唑衍生物涂层构成若干反应点，恶唑衍生物涂层为光催化反应发生的光源体，通过对滤芯通电的方式，会发出波长在300-400nm的紫外线光，通过紫外线光照射纳米二氧化钛，对滤芯内部的污渍起到催化作用，实现滤芯的自身净化功能，在不影响滤芯结构以及过滤效果的同时，做到细微的清理，延长了滤芯的使用周期。

参图3所示，在本实施例中，凸起部6呈点状阵列排布，且具有导电性。在避免影响过滤效率的前提下，阵列排布的凸起部6使得通电情况下的恶唑衍生物涂层发出的紫外线光发散至纳米纤维膜以及微米纤维膜的整个面，使光催化发生的面积以及效果达致最大，使滤芯的净化效率保持最佳。

具体的，纳米二氧化钛与碳量子点复合，用以提高纳米二氧化钛光催化效率。二氧化钛作为当今最受关注的光催化材料，应用于光降解有机污染物，但二氧化钛的光催化效率低，不能充分利用可见光，碳量子点具有优异的光学性能和上转换荧光性能，纳米二氧化钛与碳量子的复合能够实现可见光的全频谱利用。荧光碳量子点具有无毒，制备简单，成本低廉，性能稳定，不含重金属，荧光量子转化效率高，透明，无沉降，无光散射等优点，从而提高了光催化效率，提升了滤芯净化程度。

参图1所示，在本实施例中，还包括骨架1两端对向布置上端盖7和下端盖8，上端盖7开设有进气口9。上端盖7与下端盖8均为圆盘形，且与骨架1相适配，通过在上端盖7与下端盖8的内侧布置密封圈，是的骨架1两端的气密性得到一定的保证，稳定了气体流动的方向。空气从上端盖7的进气口9进入滤芯内部，依次通过第一滤层2与第二滤层3，最终从骨架1的出风口4流出。

在本实施例中，固定网5为不锈钢金属丝滤网，不锈钢过滤网既能起到支撑的作用，同时具有容尘量高的特点，能够拦截空气中气溶胶中的大部分的粉尘和较大的固体颗粒，起到对气流进行初步过滤、保护下游高精度过滤段的作用。下游高精度过滤段即为第一滤层2以及第二滤层3，在固定网5外侧包裹一层玻璃纤维毡，玻璃纤维毡与第一滤层2相贴合。玻璃纤维毡也起到初过滤的效果，可以吸附大量的直径偏大的颗粒物，减轻了第一滤层2的负担，延长了滤芯的使用周期。

参图1所示，上端盖7设有拉环10。拉环10对滤芯的拆卸起到便捷的作用，方便对滤芯的更换。上端盖7的外端面形成有凹槽，一方面凹槽可以减轻滤芯端盖自身的重量而避免了滤芯端盖对过滤层的挤压变形，最终影响过滤滤芯的使用寿命以及过滤滤芯的过滤效率等问题。另一方面凹槽可供拉环10容置，减少了不必要的外漏空间，便于过滤滤芯的运送以及存放，同时拉环10对滤芯的拆卸起到便捷的作用，方便对滤芯的更换。

静电纺丝工艺中，还包括将壳聚糖与粘合剂混合后进行静电纺丝的步骤。粘合剂为聚环氧乙烷或者聚乳酸－羟基乙酸共聚物通过现有技术可以得知，粘合剂为聚环氧乙烯(PEO)。PEO是一种结晶性、热塑性的水溶性聚合物，可以和许多聚合物形成络合物。在本发明中，在壳聚糖溶液中，加入PEO能够调节壳聚糖溶液的粘度，在静电纺丝的过程中，成膜效果好，并通过PEO与壳聚糖形成共轴复合物，增强壳聚糖纤维膜的力学性能。为了将微米纤维膜和纳米纤维膜中纤维的粒径控制在一定范围内，并使其具有很好的成膜性和机械性能，在静电纺丝工艺中，壳聚糖的浓度为5－8％。优选的，壳聚糖的浓度为6.5％。

空气滤芯的净化方法，包括以下步骤：步骤S1：将空气滤芯浸泡在氯化钠溶液中，使空气滤芯具有导电性；步骤S2：将通过步骤S1所处理的空气滤芯的两端接入正负极形成电势差，对空气滤芯的过滤层进行通电，使恶唑衍生物涂层发出紫外光，并能够均匀分布在过滤层之间，实现所述过滤层内的污物在纳米二氧化钛和紫外光的催化反应下被降解；步骤S3：将所述空气滤芯放入容器罐中并通过压力泵向内依次间断注射，抽吸清水，对所述过滤层内的污物进行清洗，同时采用超声波清洗。所述步骤S3处理后的空气滤芯通过气压冲洗的方式去除杂质。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种可重复使用的空气滤芯，其特征在于，包括：骨架，设置于骨架内部的第一滤层和第二滤层；

所述骨架为筒状结构，且外壁开设若干出风口，所述出风口与骨架内部相连通，所述第一滤层，第二滤层沿骨架内壁依次向骨架内部径向设置，所述第二滤层内表面设有固定网，所述第一滤层与第二滤层对应分别包括至少两层相互重叠的微米纤维膜，纳米纤维膜，所述微米纤维膜与纳米纤维膜均通过加入纳米二氧化钛共混后静电纺丝制成，所述微米纤维膜与纳米纤维膜的表面均布置若干凸起部，所述凸起部呈颗粒状且外表面熔覆恶唑衍生物涂层。

2.根据权利要求1所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述凸起部呈点状阵列排布，且具有导电性。

3.根据权利要求1所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述纳米二氧化钛与碳量子点复合，用以提高纳米二氧化钛光催化效率。

4.根据权利要求1所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述静电纺丝工艺中，还包括将所述壳聚糖与粘合剂混合后进行静电纺丝的步骤。

5.根据权利要求4所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述粘合剂为聚环氧乙烷或者聚乳酸－羟基乙酸共聚物。

6.根据权利要求1所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述固定网为不锈钢金属丝滤网，所述固定网外侧包裹一层玻璃纤维毡，所述玻璃纤维毡与第一滤层相贴合。

7.根据权利要求6所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述骨架两端对向布置上端盖和下端盖，所述上端盖开设凹形腔，并在凹形腔内开设进气口。

8.根据权利要求7所述的可重复使用的空气滤芯，其特征在于，所述上端盖还设有拉环。

9.一种如权利要求1所述的空气滤芯的净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将空气滤芯浸泡在氯化钠溶液中，使空气滤芯具有导电性；

步骤S2：将通过步骤S1所处理的空气滤芯的两端接入正负极形成电势差，对空气滤芯的过滤层进行通电，使恶唑衍生物涂层发出紫外光，并能够均匀分布在过滤层之间，实现所述过滤层内的污物在纳米二氧化钛和紫外光的催化反应下被降解；

步骤S3：将所述空气滤芯放入容器罐中并通过压力泵向内依次间断注射，抽吸清水，对所述过滤层内的污物进行清洗，同时采用超声波清洗。

10.根据权利要求9所述的空气滤芯的净化方法，其特征在于，所述步骤S3处理后的空气滤芯通过气压冲洗的方式去除杂质。

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