CN112569778A

CN112569778A - 一种利用ptc陶瓷加热器的除甲醛方法以及滤芯

Info

Publication number: CN112569778A
Application number: CN202011061093.0A
Authority: CN
Inventors: 裴晶晶; 候贝贝
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-03-30

Abstract

本发明涉及一种利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法以及滤芯，所述方法为：在PTC陶瓷加热器的孔隙中填充去除甲醛的催化剂，所述填充的催化剂为颗粒状的过渡金属氧化物，然后使用耐热材料对PTC陶瓷加热器的孔上下侧进行封装而得到的净化甲醛产品。本发明以PTC做填充床和恒温加热源，将过渡金属催化剂颗粒填充在陶瓷片之间的孔隙中，既可实现室温条件下进行催化分解反应，又可实现热催化氧化功能，具有操作简单、加热温度稳定、安全可靠、可根据使用场合定制大小的优点。

Description

一种利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法以及滤芯

技术领域

本发明涉及室内低浓度有机物净化领域，具体是涉及一种利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法以及滤芯。

背景技术

目前室内空气中的气态污染物主要是挥发性有机物(Volatile organiccompounds，简称VOCs)，包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯等，其主要来源于人造板、涂料等装修建材和香烟烟雾等，其中甲醛最为顽固，其潜伏期可达3～15年之久，长期危害人们的身体健康。

PTC(Positive Temperature Coefficient)，通常指正温度系数热敏电阻，是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻。陶瓷PTC是由钛酸钡(或锶、铅)为主成分，添加少量稀土(Y、Nb、Bi、Sb)、受主(Mn、Fe)元素，以及玻璃(氧化硅、氧化铝)等添加剂，经过烧结而成的半导体陶瓷。

PTC具有恒温发热特点，其原理是PTC热敏电阻加电后自热升温使阻值升高进入跃变区，PTC热敏电阻表面温度将保持恒定值，该温度只与PTC热敏电阻的居里温度和外加电压有关，而与环境温度基本无关。PTC恒温加热电阻的表面温度维持在居里温度左右(一般250℃上下)，常应用在取暖器、暖风机、电吹风、空调等电器中，具有加热安全、使用寿命长、节省成本等优点。

研究表明，大多数催化剂的氧化分解甲醛的温度都低于PTC的居里温度，因此可以使用PTC做恒温加热源，实现室温催化氧化和热催化氧化功能，在具有稳定的加热温度同时保证了安全。

但传统方法，是将催化剂粉末配制成浆液涂敷在PTC骨架上：一、很难保证涂覆的均匀性，没有涂覆上的空白难以有效利用；二、颗粒状的催化剂与PTC电阻直接接触，会降低了涂层和电阻表面的结合力，工作时温度的变化易使涂层脱落。当负载贵金属类催化剂时(如铂)，无疑是增加了生产成本。

因此希望提供一种更有效方便的利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法，实现催化剂的有效利用，解决现有技术中去除甲醛存在的吸附饱和、使用寿命短的问题。

为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，具体装置包括：PTC陶瓷加热器；封装材料，所述封装材料是用于封装PTC陶瓷加热器孔上下侧以防外漏；过渡金属氧化物催化剂颗粒，所述过渡金属氧化物催化剂颗粒填充在PTC陶瓷加热器孔隙内；感温热电阻，所述热电阻为粘贴式热电阻；引线；温度控制器和加热开关。

在一种具体的应用方式中，所述PTC陶瓷加热器为长方体状。

在一种具体的应用方式中，所述封装材料封装PTC陶瓷加热器孔上下侧，封装材料的边缘均与PTC蜂窝陶瓷的边缘紧密贴合。

进一步地优选，所述过渡金属氧化物催化剂为CuO-MnO2催化剂。

在一种具体的应用方式中，所述PTC陶瓷加热器的感温热电阻为粘贴式热电阻。

在一种具体的应用方式中，所述引线根据实际需要选择长短并保证接至温控器及加热开关。

作为本发明的另一方面，提供了一种新风过滤甲醛滤芯，本发明的净化甲醛装置与风机连接配置。

作为本发明的另一方面，提供了一种中央空调过滤甲醛滤芯，在风道或者空调机组的进、出口配置本发明的净化甲醛装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下益处：

(1)本发明将催化剂颗粒填充在PTC陶瓷加热器的孔隙中，以PTC做填充床和恒温加热源，同时实现了室温催化氧化和热催化氧化功能，具有安全可靠、温度稳定的优点。

(2)本发明将催化剂颗粒填充在PTC陶瓷加热器的孔隙中，克服了现有涂敷方法涂层不均匀不稳固的问题，实现了对催化剂和PTC陶瓷加热器接触面的充分利用，而且经济效益良好。

(3)在PTC陶瓷加热器的孔隙中填充催化剂，一方面便于操作，另一方面大大增加了净化空气与催化剂的接触面积，更好的利用PTC加热方法实现了热催化氧化法在实际空气净化中的应用；另外利用PTC陶瓷加热器的加热方法，进一步实现了催化剂的原位再生，使催化剂能多次重复利用，提高了经济效益，具有较好的应用前景。

附图说明

图1和图2示意性给出了本发明的一种实施方式的净化甲醛装置的示意图。

附图标记：1、PTC陶瓷加热器主体；2、封装材料；3、过渡金属氧化物催化剂；4、感温热电阻；5、引线；6、温度控制器；7、加热开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施利进行详细说明，但本发明可以由权利要求覆盖的多种不同方式实施。

请参考图1和图2，根据本发明的一种实施方式的净化甲醛装置，包括：PTC陶瓷加热器主体1、封装材料2、过渡金属氧化物催化剂3、感温热电阻4，引线5，温度控制器6，加热开关7。

本发明的一种利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法，主要利用了PTC陶瓷加热器1的恒温加热和作为填充床的特点，并采用了更具有经济效益的过渡金属氧化物催化剂3，既能实现常温下对空气中甲醛的催化分解，也实现了热催化氧化分解，生成二氧化碳和水。由于过渡金属氧化物的催化效率高而提高了净化效果，同时采用过渡金属催化剂节省了生产成本。另外一方面，在PTC陶瓷加热器的孔上下侧封装的耐热封装材料2，可以拦截空气中体积较大的颗粒物，在一定程度上提高了空气的净化效果。

请参考图1，根据本发明的一种实施方式的净化甲醛装置，封装材料2的边缘与PTC陶瓷加热器的边缘紧密贴合。

这样的设计可以避免催化剂和空气的外漏。除了选择长方体的PTC陶瓷加热器，也可以选用圆柱型或方形的蜂窝陶瓷，也可以根据实际需要选择其他形状的陶瓷。

请继续参考图1，根据本发明的一种实施方式的净化甲醛装置，过渡金属氧化物催化剂3均匀填充在PTC陶瓷加热器的孔隙中。

将过渡金属氧化物催化剂3均匀填充在PTC陶瓷加热器的孔隙中，可以增加空气与催化剂颗粒表面的接触面积，从而提高净化效果；另外使封装材料2的边缘与PTC陶瓷加热器的边缘紧密贴合，可以使经过的全部空气先经过封装材料2，然后经过过渡金属氧化物催化剂层3，从而实现空气进行颗粒污染物的初步去除，之后再经过渡金属氧化物催化剂3，将空气中的甲醛进行氧化分解，进而提高空气的净化效果。

本发明的一种利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法中，采用的催化剂为过渡金属氧化物催化剂。过渡金属氧化物催化剂的催化效率高，而且在室温下也能实现催化反应，催化剂在一定的温度下对甲醛的催化分解反应非常有效，相比贵金属催化剂，节约了很大成本。

其中，过渡金属氧化物进一步优选为CuO-MnO2(又名霍加拉特)，其催化效果更好，不论在室温下还是加热情况下都可使甲醛分子在催化剂的表面进行催化反应，生成二氧化碳和水。

本发明的一种利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法中，PTC陶瓷加热器的孔上下侧采用了耐热封装材料，一方面拦截了空气中的大颗粒物、微生物等污染物，提高空气的净化效果；另一方面没有给PTC陶瓷加热热催化氧化净化甲醛装置增加很大阻力。

在一种具体实施方式中的利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法，可以将PTC陶瓷加热器以及相关辅助和加热装置作为一个单元，在风道等中循环设置多个该单元，以提高空气净化效果；也可以根据空气中的颗粒物、微生物种类和含量多少设置PTC陶瓷加热器的孔上下侧封装的材料。即PTC陶瓷加热器的孔上下侧封装的中效过滤棉和PTC陶瓷加热单元可以根据实际情况调整，即根据空气中污染物的含量调整。

作为本发明的另一方面，提供了一种新风过滤甲醛滤芯，本发明的净化甲醛装置与风机连接配置，本发明的新风过滤甲醛滤芯提高了空气的洁净度。

作为本发明的另一方面，提供了一种中央空调过滤甲醛滤芯，在风道或者空调机组的进、出口配置本发明的净化甲醛装置，本发明的中央空调过滤甲醛滤芯提高了空气的洁净度。

本发明的一种利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法具有如下优点：

1、在本发明的利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法中，采用了经济效益高的过渡金属氧化物催化剂，既能实现常温下对空气中甲醛气态污染物的催化分解，也实现了热催化氧化分解，生成二氧化碳和水。由于催化效率高而提高了净化效果，同时采用过渡金属催化剂节省了生产成本。

2、在本发明的利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法中，采用了耐热封装材料，可以拦截空气中的大颗粒物、微生物等污染物，如封装材料选择为活性炭滤网，可以有效空气中吸附氮氧化物和硫化物，从而可以防止过渡金属催化剂中毒，在一定程度上提高空气的净化效果；另外，活性炭滤网具有极强的广谱性，还可以吸附空气中的甲醛和苯等挥发性有机化合物(VOCs)、去除其它具有臭味和异味的物质，提高空气的净化效果。

3、在本发明的利用PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛方法中，采用了过渡金属氧化物催化剂，可以分解挥发性有机化合物，例如：在室温条件通过脱水途径分解甲醛，净化原理为：HCHO+(O2或O3)→H2O+CO2，能将甲醛进行彻底分解，提高了空气的净化效率。

以下为能耗分析：PTC陶瓷加热器尺寸大小：120x120x30mm，发热功率P＝2kw。

以PTC陶瓷加热器与风机连接配置形成一简单的空气净化器为例：假设，

1、房间为典型居民卧室，房间面积10m2，房间层高2.4m，只有一面外墙散热，外墙面积为A＝5*2.4＝12m2，墙厚δ＝0.24m，墙体材料为烧结多孔砖(导热系数λ＝0.76w/(m·K))，无空调。天津夏季空气调节室外计算干球温度为33.9℃，冬季空气调节室外计算温度为-9.6℃

2、净化器风量Q＝200m3/h＝240Kg/h，房间温度为25℃；空气的比热容Cp＝1.005KJ/(Kg·K)。净化器运行t小时后，出风温度为T1。

3、有：

Q＝C_pmΔT＝Pt

得T1＝54.85℃。

4、在夏季，净化器运行5h后，房间内的最终平衡温度为T2，则：

得T2＝54.2℃。

若运行时间足够长，室内温度最终等于出风温度T1。

5、在冬季，净化器运行5h后，房间内的最终平衡温度为T2’，则：

得T2’＝52.88℃。

实际情况下，一个房间不只一面外墙散热，还包括门缝、窗缝的热损失以及内墙之间的导热热损失，综合以上因素，PTC陶瓷加热器在冬季房间内的产热是有利的，节省了空调和其他设施的供暖使用。

房间空调能耗：在夏季，PTC加热器产生的热量需要由室内空调除去，假设空调的COP＝5，则空调须多耗2000W/5＝400w的电能。而在冬季，PTC加热器产生的热量是有利的，相对而言，空调节省了400w的电能。

以上仅为本发明的优选方式而已，不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。

Claims

1.一种利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，基于PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛装置，包括：PTC陶瓷加热器主体，位于PTC陶瓷加热器主体的孔隙上下侧的封装材料，PTC陶瓷加热器主体的孔隙中填充过渡金属氧化物催化剂，感温热电阻，引线，温度控制器，加热开关；通过引线连接感温热电阻、温度控制器和加热开关；

方法主要步骤如下：

PTC陶瓷加热器的恒温加热和作为填充床，采用过渡金属氧化物催化剂，实现常温下对空气中甲醛的催化分解，实现了热催化氧化分解，生成二氧化碳和水。

2.根据权利要求1所述的利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，所述PTC陶瓷加热器主体不局限于矩形，也可设计为圆形或方形。

3.根据权利要求1所述的利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，所述位于PTC陶瓷加热器主体的孔隙上下侧的封装材料用于封住孔隙，以免填充的催化剂颗粒外漏。

4.根据权利要求1或3所述的利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，封装材料为不参与甲醛化学反应的布、丝或纤维类。

5.根据权利要求1所述的利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物催化剂为CuO-MnO2催化剂。

6.根据权利要求1所述的利用PTC陶瓷加热器的除甲醛方法，其特征在于，所述感温热电阻为粘贴式热电阻(PT00)。

7.一种新风过滤甲醛滤芯，其特征在于，由PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛装置与风机连接配置。

8.一种中央空调过滤甲醛滤芯，其特征在于，在风道或者空调机组的进、出口配置PTC陶瓷加热器的热催化氧化净化甲醛装置。