CN201586439U - 纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机，该滤网包含一个纤维网体及至少一层结合在该纤维网体上的触媒层。该触媒层包括多个附着在该纤维网体上的触媒颗粒，所述触媒颗粒是属于纳米层级式。利用所述触媒颗粒的纳米层级式结构，不但使该触媒层具有较大的比表面积，还能在该触媒层表面增加OH官能团的活性位置，进而提升该触媒层催化臭氧反应的效能，及延长该触媒层的使用寿命，因此，以所述触媒层搭配所述纤维网体，使本实用新型的纳米触媒滤网能有效分解及去除空气中的挥发性有机物，而能增进其改善室内空气质量的实用价值。

Description

纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机

技术领域

本实用新型涉及一种滤网及具有该滤网的空气净化机，特别是涉及一种能够有效改善粒状及气相污染物的处理效果，以解决目前一般市售空气净化机在使用上无法有效去除挥发性有机物的纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机。

背景技术

由于国人生活水平普遍提升，对于室内空气质量的要求日益增加，除了以往被认知为室内空气质量的主要项目如微粒、生物性气胶及臭味物质外，装潢后的室内、或医院、家具厂、化工厂等场所则容易产生例如，甲醛及甲苯等挥发性有机物(volatile organic compounds，简称为VOCs)，这些挥发性有机物已被发现会影响身体健康，且可能具有致癌性。

为了改善室内空气质量，空气净化机的使用越来越普遍。目前市面所见空气净化机的功效仍以去除微粒及杀菌为主，且主要包括以下四类：活性碳空气净化机、负离子空气净化机、臭氧空气净化机及光触媒空气净化机等，尽管上述空气净化机都有特定的去除对象与功效，但无法兼顾室内空气质量所要求的各项污染物的去除。此外，对于空气中甲醛、甲苯等挥发性有机物虽均标榜有相当的成效，然而，根据台北科技大学室内空气质量研究团队针对目前各种市售空气净化机所做的研究评估显示，所述空气净化机对室内甲醛的净化效果均未超过60％，甚至只达10～20％，显示目前市售空气净化机对挥发性有机物的去除率不佳。

其中，空气净化机的清除对象与性能，主要与其所配备的滤网有关，近年来，随着高级氧化程序的研究越臻成熟，及其研究重心已由均相催化反应逐渐转向异向催化反应的趋势，目前国内外已有许多学者相继提出将光触媒及纳米触媒应用于空气处理的研究，但受限于触媒本身的特性，实际应用时仍以TiO₂、FeOOH、ZnO及纳米银触媒搭配UV光的方式使用，甚至也有添加Au、Pt等贵重金属以提升触媒效能的复合性触媒产品。此外，虽然目前也有臭氧/触媒异相催化的技术，但其主要是应用在废水处理上，这是由于臭氧溶于水时能与触媒接触形成一个反应循环系统，具有足够催化时间，所以能够获得不错的处理效率。若将此系统应用于处理空气中的挥发性有机物时，由于空气中臭氧与触媒接触时间短，往往导致催化效果不彰，进而使处理效果不佳，因此在空气净化机上，目前能实际应用于催化臭氧的触媒材料仍相当有限。为了解决目前市售空气净化机无法有效去除空气中挥发性有机物的缺点，仍有持续开发可有效去除挥发性有害气体的特定滤网与空气净化机的需求，以更进一步增加空气洁净效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是在提供一种能够有效提升触媒催化臭氧反应的效能，并延长触媒的使用寿命，以大幅改善室内空气质量的纳米触媒滤网。

于是，本实用新型的纳米触媒滤网，适于搭配一个臭氧产生单元安装在空气流通的路径上，并包含一个纤维网体，及至少一层结合在该纤维网体上的触媒层。其中，该空气流通的路径形成在一台空气净化机中。

该触媒层包括多个附着在该纤维网体上的触媒颗粒，所述触媒颗粒是属于纳米层级式，且是选自于AlOOH、Al₂O₃、MnO₂、FeOOH、Co₃O₄NiO、Fe₂O₃、Ag₂O、Cr₂O₃、CeO₂、V₂O₅、CuO、MoO₃、SiO₂，及它们的组合。

所述纤维网体为高效率纤维网。

所述纳米触媒滤网还包含一层设置在所述纤维网体与所述触媒层之间的粘合剂层，所述触媒层的所述触媒颗粒通过所述粘合剂层附着于所述纤维网体。

所述纳米触媒滤网还包含两层分别设置在所述纤维网体与所述触媒层之间的粘合剂层，所述触媒层的触媒颗粒通过所述粘合剂层附着于所述纤维网体。

本实用新型的纳米触媒滤网的有益效果在于：该纤维网体不但可用于滤除灰尘、细菌等污染物，还可作为供所述触媒颗粒附着以形成该触媒层的支撑结构。借此，利用所述触媒颗粒的纳米层级式结构使该触媒层具有较大的比表面积，而能提升催化臭氧反应的效能，以将更多的臭氧分解为具有更强氧化能力的氢氧自由基，进而利用氢氧自由基将空气中的甲醛及总挥发性有机物(total volatile organic compounds，简称为TVOC)分解为二氧化碳与水等无毒性的物质，使本实用新型除了仍然保有过滤功能外，还兼具有能够破坏及去除空气中有害人体健康的有机分子的功效，因此，具有能有效改善空气质量的特性与实用价值。

进一步地，本实用新型还提供一种能够有效去除并分解空气中的挥发性有机物，以提供更完整且全面性的空气净化机能的具有该纳米触媒滤网的多效能空气净化机。

于是，本实用新型多效能空气净化机，包含一个机壳、分别相间隔地安装在该机壳内的一个风车、一个臭氧产生单元，及一个如权利要求1至权利要求8任一项所述的纳米触媒滤网。

该机壳包括相间隔的一个吸气端及一个出气端。

该风车是安装在该机壳的吸气端，以抽引空气进入该机壳内并朝该出气端流动。

该臭氧产生单元是阻隔安装在该风车与该出气端之间，并具有至少一个与该风车反向设置的臭氧输出口。

该纳米触媒滤网是阻隔安装在该臭氧产生单元与该出气端之间。

所述空气净化机还包含一个安装在所述纳米触媒滤网与所述出气端之间的第一滤网。

本实用新型多效能空气净化机的有益效果在于：可利用该风车抽引待处理空气进入该空气净化机内，再分别通过该臭氧产生单元与纳米触媒滤网的处理，达到洁净空气的效果，使该空气净化机除了具有基本的除尘滤菌功能外，还能透过该臭氧产生单元的臭氧与纳米触媒滤网作用所产生的氢氧自由基使空气中的甲醛及挥发性有机分子被分解，而能有效去除空气中的挥发性有机物，达到全面去除空气中各种有害物质，以改善空气质量的效果，使本实用新型具有更完整且更强效的空气洁净效果。

附图说明

图1是一个示意图，说明本实用新型具有该纳米触媒滤网的多效能空气净化机的一个较佳实施例；及

图2是一个示意图，说明本实用新型的纳米触媒滤网的一个较佳实施例。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明：

参阅图1与图2，本实用新型的纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机的较佳实施例包含一个机壳2、分别相间隔地安装在该机壳2内的一个风车3、一个臭氧产生单元4、一个纳米触媒滤网5、一个第一滤网6及一个第二滤网7。其中，该第一、第二滤网6、7的型式不受限，可配合使用需求选用适当类型的滤网，在本实施例中，该第一滤网6是采用具有除臭功效的活性碳纳米银滤网，该第二滤网7则是使用具有除尘滤菌功能的高效率纤维滤网(High efficiency particulate air filter，简称为HEPA)。

该机壳2包括相间隔的一个吸气端21及一个出气端22。

该风车3是安装在该机壳3的吸气端21，以抽引空气进入该机壳2内并朝该出气端22流动，进而在该吸气端21与该出气端22间界定出一空气流通的路径。在本实施例中，该臭氧产生单元4、纳米触媒滤网5及第一、第二滤网6、7依序安装在该空气流通的路径上。

值得说明的是，为了避免进入该空气净化机因为细小微粒与粉尘造成系统堵塞而影响处理效果，在该臭氧产生单元4与该风车3之间，还可安装一个初步除尘滤网(图中未显示)，并能利用该除尘滤网的网状结构初步滤除外界进入的微粒与粉尘，在该除尘滤网上若再配合使用活性碳作为载体，还可吸附空气中异味产生脱臭的效能。

该臭氧产生单元4是阻隔安装在该风车3与该纳米触媒滤网5之间，能利用空气产生臭氧，并具有三个相间隔且与该第一滤网4反向设置的臭氧输出口41。该臭氧产生单元4产生臭氧的功能为现有技术，在此不再赘述。

该纳米触媒滤网5阻隔安装在该臭氧产生单元4与该第一滤网6之间，并包括一个纤维网体51、分别喷涂在该纤维网体51的上、下表面的二层粘合剂层52，及分别通过所述粘合剂层52结合在该纤维网体51上的二层触媒层53。所述触媒层53各具有多个附着在该纤维网体51上的触媒颗粒531，所述触媒颗粒531是经喷涂而结合于该粘合剂层52进而附着于该纤维网体51。该纤维网体51的型式不受限，可依所要滤除的污染物大小选用适当孔径的滤网，在本实施例中是选用高效率纤维滤网，以提高过滤效能。

其中，所述触媒颗粒531是属于纳米层级式触媒，且选自于AlOOH、Al₂O₃、MnO₂、FeOOH、Co₃O₄、NiO、Fe₂O₃、Ag₂O、Cr₂O₃、CeO₂、V₂O₅、CuO、MoO₃、SiO₂，及它们的组合。前述材料皆是属于可有效将臭氧分解的触媒，但考虑到前述材料中Co、Ni、Cr、Ce和V等属于环保署公告列管的重金属，在废触媒处理上，可能导致二次污染，而Ag、Au和V为贵重金属，原料成本相对较高，因此，所述触媒颗粒531较佳选自于AlOOH、Al₂O₃、MnO₂，及它们的组合。

本实用新型形成该纳米触媒滤网5主体部分的纳米层级式(Hierarchical)触媒颗粒531主要是选自于AlOOH、Al₂O₃、MnO₂的多孔性触媒滤材，其主要优点为一方面能改良触媒特性以增加OH、官能团的活性位置，另一方面利用聚集成长化作用所形成的多孔性触媒载体，能借由触媒表面多孔性增加其比表面积，进而提升触媒催化臭氧反应的效能，并能延长触媒的使用寿命。如此，在该空气净化机的前端就能以前述的初步除尘滤网的网状结构作为前处理单元来处理空气中细小的微粒与粉尘，后端则通过臭氧与触媒表面作用所产生的氧化能力更强的氢氧自由基破坏各种空气污染物(例如，甲醛、甲苯、挥发性有机物等室内挥发性气体)，并仍能利用纳米触媒颗粒531去除残留的臭氧，以完全控制室内臭氧浓度为零，并提供更多新鲜氧气。

以下分别以AlOOH、Al₂O₃、MnO₂为例，说明制造纳米层级式触媒材料的方法：

(1)AlOOH纳米层级式触媒：以热解法制造，分别取0.0035mol的KAl(SO₄)₂·12H₂O及0.007mol的CO(NH₂)₂粉末溶于70ml的去离子水中，并均匀搅拌15分钟，再将此溶液借由铁氟龙管传送至容量100ml的压力锅内，将其密封且保持180℃持续3小时后，再使压力锅降至室温，此时溶液的pH值为9呈碱性，会有白色沉淀物产生，过滤收集该白色沉淀物并使用去离子水及无水酒精清洗数次后，将该产物置于80℃的环境进行真空干燥并持续12小时，就能获得AlOOH的纳米层级式触媒。

(2)Al₂O₃纳米层级式触媒：在热解程序中，首先加入10ml的Al₂(SO₄)₃(浓度为0.1mmol/L)及2.0ml的THF溶液，再将此溶液以铁氟龙管传送至容量50ml的压力锅内，然后加入28ml的去离子水使总体积约占压力锅80％，接着再加入0.229g的urea(浓度为0.0954mmol/L)，并将压力锅密封且保持150℃持续24小时后，使压力锅自然降温至室温，并使用离心机离心收集固体物，接着，利用去离子水及酒精清洗该固体物数次，以去除异分子聚合物及硫酸根离子后，放置室温晾干，最后，再使用高温炉以每分钟2℃缓慢加热至800℃，保持此温度两小时就能获得Al₂O₃的纳米层级式触媒。

(3)MnO₂纳米层级式触媒：首先将MnSO₄、K₂S₂O₈及CuSO₄以摩尔数比20∶20∶1溶入300ml的去离子水，配制成含有浓度为0.05mol/L的Mn²⁺的溶液，接着，在该溶液中缓慢加入少许浓硫酸并小心密封后，在25℃持续存放3天，等到反应完全会在容器底部产生黑色沉淀物，过滤收集该黑色沉淀物并使用去离子水润湿数次以去除多余离子，最后，在110℃烘箱内进行干燥并放置隔夜，就能获得MnO₂的纳米层级式触媒。

制成纳米触媒结构的主要特性是使所述触媒颗粒531具有多个形成于其表面的纳米尺寸孔洞，且所述孔洞的孔径较佳为20nm～100nm，借由这种多孔性触媒材料，可有效增加比表面积，在本实施例中，所述触媒颗粒531的比表面积(BET)＞100m²/g，借此可大幅提升触媒催化臭氧反应的效能，并延长触媒的使用寿命，臭氧与触媒表面作用将分解产生氧化能力更强的氢氧自由基，利用这些氢氧自由基能破坏并分解各种空气污染物，尤其是甲醛、甲苯等挥发性有机气体，因此对于进一步改善室内空气质量能提供极佳的成效。此外，少部分未分解而残留的臭氧最后仍可被所述触媒颗粒531分解，可有效控制排出的臭氧浓度，使自该空气净化机排出的空气更为新鲜洁净。

值得说明的是，为有效增加触媒颗粒531与臭氧能有效的完全反应，在本实施例中是在该纤维网体51两面各喷涂一层粘合剂层52，并分别在所述粘合剂层52喷涂所述触媒颗粒531，以在该纤维网体51两相反面各形成一层触媒层53，并借此特性使催化臭氧反应产生氢氧自由基的效能提升，有效增进臭氧与该纳米触媒滤网5的接触面积及时间，进而增加挥发性有机物被分解的效率。

该第一滤网6是阻隔安装在该纳米触媒滤网5与该第二滤网7之间。在本实施例中，该第一滤网6为活性碳纳米银滤网，除了能利用纳米银本身的高效率杀菌功效外，还能辅助该纳米触媒滤网5催化臭氧产生更高氧化能力的氢氧自由基(OH·)，加上以活性碳为载体还具有高比表面积的优点及较强的吸附能力。

该第二滤网7是安装在该第一滤网6与该出气端22之间，借由选用高效纤维滤网作为该第二滤网7，可利用其次微米超细纤维毛管去除99.97％以上的过敏原，包括，霉菌孢子、尘蹒以及灰尘等。该第二滤网7可将通过第一滤网4、纳米触媒滤网5而仍残留在空气中的杂质滤除，使自该空气净化机的出气端22排出的空气更洁净新鲜。

<实场试验>

选择台中澄清医院的病理科及检验室作为试验场地，试验前与使用本实用新型空气净化机处理后8小时后分别在所述场地进行实场采样，测试结果如下表所示：

表-1病理科的采样测试结果

表-2检验室的采样测试结果

经连续监测采样结果显示，病理科的甲醛及总挥发性有机物(totalvolatile organic compounds，简称为TVOCs)其背景浓度分别为0.24～4.8ppm及3.45～5.85ppm，在检验室的总挥发性有机物的背景浓度则为1.59～7.46ppm，都超过环保署所订定的室内空气质量建议值，使用本实用新型的多效能空气净化机处理8小时后，再对所述场地进行采样，结果显示病理科的甲醛去除率达98％，且总挥发性有机物的去除率为60％，检验室的总挥发性有机物的去除率达90％。据此可说明使用本实用新型具有该纳米触媒滤网的空气净化机处理后，确实能去除空气中的甲醛及挥发性有机物，明显具有可效改善空气质量的效果。

归纳上述，本实用新型的纳米触媒滤网及具有该滤网的多效能空气净化机能够获得下述的功效及优点，所以能达到本实用新型的目的：

一、通过选择可分解臭氧触媒材料，并将其制成纳米层级式的触媒颗粒531，再结合至纤维网体51上形成触媒层53，就能利用所述触媒颗粒531可分解臭氧的特性与大幅增加的比表面积，促进臭氧分解为氢氧自由基的效率，进而利用氢氧自由基的强氧化能力破坏及分解空气中的挥发性有机物，使本实用新型的纳米触媒滤网5搭配臭氧使用时，针对空气中存在的挥发性有机物，能发挥极优异的净化效果，而有助于改善空气质量。

二、本实用新型空气净化机除了能通过搭配安装不同型式的滤网分别对所处理的空气进行除臭、杀菌、除尘与滤菌等基本空气洁净功能，还能借由安装相对应的该纳米触媒滤网5与该臭氧产生单元4，使存在空气中且不易被去除的挥发性有机物，受到臭氧分解产生的氢氧自由基作用而破坏，达到有效去除的效果，使本实用新型空气净化机能对空气质量提供全面性的改善效果而极具实用价值。

Claims (13)

1.一种纳米触媒滤网，其适于搭配一个臭氧产生单元安装在空气流通的路径上，并包含一个纤维网体和至少一层结合在该纤维网体上的触媒层；其特征在于：

所述触媒层包括多个附着在所述纤维网体的触媒颗粒，且所述触媒颗粒是属于纳米层级式。

2.根据权利要求1所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纤维网体为高效率纤维网。

3.根据权利要求1所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述触媒层的所述触媒颗粒具有多个形成于其表面的纳米尺寸孔洞，且所述孔洞的孔径为20nm～100nm。

4.根据权利要求3所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纳米触媒颗粒的比表面积＞100m²/g。

5.根据权利要求3所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纳米触媒滤网还包含一层设置在所述纤维网体与所述触媒层之间的粘合剂层，所述触媒层的所述触媒颗粒通过所述粘合剂层附着于所述纤维网体。

6.根据权利要求1所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纳米触媒滤网还包含一层在所述纤维网体与所述触媒层之间的粘合剂层，所述触媒层的所述触媒颗粒是通过所述粘合剂层附着于所述纤维网体。

7.根据权利要求4所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纳米触媒滤网包含两层分别设置在所述纤维网体两相反面的触媒层。

8.根据权利要求7所述的纳米触媒滤网，其特征在于：所述纳米触媒滤网还包含两层分别设置在所述纤维网体与所述触媒层之间的粘合剂层，所述触媒层的触媒颗粒通过所述粘合剂层附着于所述纤维网体。

9.一种多效能空气净化机，其包含一个机壳、相间隔地安装在该机壳内的一个风车及一个臭氧产生单元，所述机壳包括相间隔的一个吸气端及一个出气端，所述风车安装在所述机壳的吸气端，以抽引空气进入所述机壳内并朝所述出气端流动，所述臭氧产生单元阻隔安装在所述风车与所述出气端之间，并具有至少一个与所述风车反向设置的臭氧输出口，其特征在于：

所述空气净化机还包含一个权利要求1至权利要求8中任一项所述的纳米触媒滤网，所述纳米触媒滤网与所述风车、所述臭氧产生单元相间隔地安装在所述机壳内，且阻隔安装在所述臭氧产生单元与所述出气端之间。

10.根据权利要求9所述的多效能空气净化机，其特征在于：所述空气净化机还包含一个安装在所述纳米触媒滤网与所述出气端之间的第一滤网。

11.根据权利要求10所述的多效能空气净化机，其特征在于：所述第一滤网是用于除臭的活性碳纳米银滤网。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的多效能空气净化机，其特征在于：所述空气净化机还包含一个安装在所述第一滤网与所述出气端之间的第二滤网。

13.根据权利要求12所述的多效能空气净化机，其特征在于：所述第二滤网是用于除尘滤菌的高效率纤维滤网。