可净化空气的电暖装置及钢化玻璃负载催化剂的制备方法与流程

本发明属于供暖装置及空气净化领域，具体涉及一种具有净化空气功能的电暖装置。

背景技术：

随着社会的发展，人民生活水平的提高，房屋居室装修日益增多，然而人们不只关心家居装饰品的美观性，更注重其实用性如环保节能、安全健康等方面。家居装修中使用的造板及其制品、地毯、内墙涂料、木家具、壁纸等会向室内释放甲醛和vocs(挥发性有机物)等有害物质，严重危害人体的身体健康。其中，甲醛具有缓慢释放、持久污染的特点，且具有刺激毒性，是一种致癌物质，可经吸入及皮肤接触而危害人体健康。

近年来，去除甲醛的技术主要有活性炭吸附、催化剂氧化分解、光催化剂催化分解等技术。其中，活性炭易饱和，受热容易向外解吸污染物，同时伴有回收再生率差的问题；催化剂一般选用贵金属和金属氧化物，贵金属一般选用pd、au、ag、pt等，使用成本较高。金属氧化物对甲醛的去除效果(atmosphericenvironment2002,36,5543–5547)，发现常温下二氧化锰对甲醛有优良的去除活性。此外，随着温度的升高其去除甲醛的能力随之增高。

目前，已知的可净化空气的电暖装置的加热原件多用电阻丝或碳纤维(碳晶)，但其存在能耗大，表面受热不均匀等问题。此外，碳纤维(碳晶)负载在环氧树脂板上，而环氧树脂不耐高温，存在安全隐患。专利cn201620566487.4一种智能空气净化装置三合一电暖画，其采用碳纤维发热层，存在耗电量大及安全隐患等问题。此外其净化层采用活性炭滤网和冷触媒滤网复合净化甲醛，存在结构复杂，催化剂活性失活，使用寿命短，成本高等问题，并且活性炭在加热的条件下吸附性能反而变差，没有能够充分利用加热对污染物净化的作用。因此发明一种将加热和污染物分解有机结合，充分利用加热来加速污染物的释放和催化分解，且催化寿命长的便于实际应用的具有净化空气功能的电暖装置，对于经济有效去除室内空气中的甲醛污染具有重要的实用价值。

技术实现要素：

本发明针对室内供暖及室内甲醛污染问题，提供一种以钢化玻璃为基板的空气净化材料的制备和使用方法。要解决的问题是优化电暖装置的结构，并将分解甲醛的催化材料负载在钢化玻璃上，保持催化材料的高催化活性并实现对室内空气的持久、高效净化。本发明的目的在于提供一种结构简易、持久高效去除室内甲醛污染的电暖装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案：

一种可净化空气的电暖装置，其特征在于，该装置包括框架、加热净化模块、温度控制器、电源线；所述加热净化模块包括至少两块钢化玻璃基板，在钢化玻璃基板的内侧至少一侧负载有电热膜层及涂覆在电热膜层上的电极层；在钢化玻璃基板外侧至少一侧负载有具有分解甲醛的活性锰纳米粉体催化剂材料涂层，耐高温的绝缘硅胶将加热净化模块粘合并通过框架进一步固定，电极层上设有电源导线焊接点连接电源导线，电源导线与温度控制器连接，温度控制器的端部设置有电源插头。

本发明所述的钢化玻璃基板内侧的一侧表面设置有装饰图画层，在装饰图画层上可负载有电热膜层及涂覆在电热膜层上的电极层。所述电热膜层的电热膜是氟氧化锡、氧化铟锡透明电热膜或其他金属基透明电热膜；所述电极层的电极是银浆、铝浆或其他导电电极。所述活性锰纳米粉体是水钠锰矿，隐钾锰矿，软锰矿，钡镁锰矿或水锰矿。所述具有分解甲醛的催化剂材料涂层负载的催化剂呈孔洞状。

一种钢化玻璃上负载催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法步骤如下：

(1)将钢化玻璃进行表面处理，至水滴在其表面扩展而完全浸润；

(2)稀释剂稀释胶黏剂，再将聚合物微球分散其中，搅拌混合均匀；

(3)将催化剂颗粒分散于步骤(2)浆料中，搅拌混合均匀，形成稳定的浆料；

(4)将步骤(3)的混合浆料喷涂于步骤(1)处理的钢化玻璃上，加热至其表面固化；

(5)将步骤(4)所得的钢化玻璃浸泡到有机溶剂中，静置直至聚合物微球完全溶于有机溶剂中；

(6)取出钢化玻璃载体进行清洗，抽真空加热干燥，获得成品。

步骤(1)所述表面处理方式为超声波清洗，酸性、碱性或有机溶剂清洗、低温等离子体处理中的一种或它们的任意组合；步骤(2)所述稀释剂为去离子水；所述胶黏剂为水性胶黏剂，包括水性硅溶胶，水性有机硅胶黏剂，丙烯酸胶黏剂它们的任意组合，胶黏剂的固含量范围：20％-50％，两者的配比5:1～20:1；所述的聚合物微球，包括聚苯乙烯微球，聚丙烯酸甲酯微球中的一种或它们的任意组合；聚合物微球的粒径范围：50～100nm，聚合物微球与催化剂的配比1:4～1:10。步骤(3)所述催化剂为活性锰纳米粉末，包括水钠锰矿，隐钾锰矿，软锰矿，钡镁锰矿，水锰矿中的一种或它们的任意组合；活性锰纳米粉体粒径范围：

500～1000nm，催化剂与浆料的配比1:3～1:10。步骤(4)所述高温加热，其加热条件为：80～150℃。步骤(5)所述有机溶剂，包括n,n-二甲基甲酰胺，乙酸乙酯中的一种或它们的任意组合；静置时间：0.5～2h；步骤(6)所述干燥，其干燥条件为：抽真空加热，加热温度为50～100℃。

本发明的优点主要体现在：

(1)结构简单，主体由两块钢化玻璃组成，组装简单、成本低，易于大规模生产。

(2)使用方便，室温下可以高效分解空气中的甲醛，且高温下催化剂活性更高，分解甲醛的性能更强。

(3)绿色环保，在净化过程中直接将甲醛分解为二氧化碳和水，不产生二次污染物。

(4)使用寿命长，利用该装置的加热功能既保持了催化材料的高催化活性，又延长了催化材料的使用寿命。

(5)净化效率高，充分利用加热来加速甲醛污染物释放和催化分解，甲醛去除率大幅度提升。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的纵剖面示意图；

图3为加热净化组件示意图；

图4(a)钢化玻璃上负载的锰氧化物的低倍sem图；(b)钢化玻璃上负载的锰氧化物的低倍sem图；(c)空白的钢化玻璃的实物照片；(d)负载后钢化玻璃的实物照片

图5静态试验条件下负载活性锰纳米粉末的钢化玻璃对高浓度甲醛的分解效果以及分解甲醛时生成的二氧化碳随时间的变化。

图6负载锰氧化物的钢化玻璃，在不同温度下分解甲醛的性能对比。

1－加热净化模块2－框架3－温度控制器4－电源线5－装饰图画层6－电热膜层7－耐高温绝缘硅胶8－钢化玻璃9－电极层10－催化剂材料涂层11－电源导线焊接点12－电源导线13－催化剂材料

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

本发明的一种可净化空气的电暖装置，如图1-3所示，包括框架2、加热净化模块1、温度控制器3、电源线4；加热净化模块包括至少有两块强化玻璃基板8，在强化玻璃基板的内侧至少有一侧负载有电热膜层6及涂覆在电热膜层上的电极层9；在钢化玻璃基板外侧至少有一侧负载有具有分解甲醛的(活性锰粉体)催化剂材料涂层10，耐高温的绝缘硅胶7将加热净化模块粘合并通过框架进一步固定，电极层上的设有电源导线焊接点11连接电源导线12，框架上开有供电源导线穿过的孔，电源导线与温度控制器连接，温度控制器的端部设置有电源插头；为了更好地放置本发明的电暖装置还可以设有底座或挂架。框架2采用铝合金材料制成，在框架内部设有卡槽，固定加热净化模块。

钢化玻璃基板8，可反复承受200℃温差变化，抗冲击强度是普通玻璃的5倍，保证装置使用的安全性。

负载有电热膜的钢化玻璃与框架间存在空隙(采用非金属材料制成的框架不需要空隙)，如图2所示，用于填充耐高温绝缘硅胶，用于保证装置使用的安全性。

强化玻璃基板内侧的一侧表面可以设置有装饰图画层5，采用uv打印机将图画打印在钢化玻璃上，用于提供装置的美观性。

所述电热膜层6采用氟氧化锡电热膜，是采用气体压缩式雾化器，将前驱镀膜溶液喷涂到钢化玻璃上，形成电热膜，其电阻率为1×10^-4～1×10^-3ω·cm；电热膜作为加热元件，提供热能并激发催化剂活性，延长催化剂寿命。

电极层9是银浆电极，采用丝网印刷的方式涂覆在电热膜层。

本发明催化剂材料13采用的是活性锰纳米粉体，如图4(b)所示，催化剂颗粒负载在钢化玻璃上，通过低倍sem呈现为孔洞状，具有大的比表面积，使其甲醛分解性能增强。

本实施例耐高温绝缘硅胶7是rtv硅胶，其具有绝缘阻燃，耐高温的特点。

温度控制器3，用于控制加热装置的工作温度及开关。

底座和挂架，底座和挂架用于支撑该装置，使用时应防止装置催化剂涂层面紧贴墙壁，以增加催化剂材料与空气的接触机会。

上述导电电极，耐高温绝缘硅胶，电源导线及温度控制器等均为采用市售产品。

实施例2

将质量为2g的按5:1混合的水溶性有机硅胶黏剂和丙烯酸树脂用去离子水稀释，按水：胶＝10:1的比例稀释。然后，依次将0.5g的聚苯乙烯微球和4g的活性二氧化锰纳米粉末分散其中，高速搅拌均匀，形成稳定的浆料。将上述浆料涂覆到经低温等离子处理的钢化玻璃(尺寸6cm*6cm)上，将上述钢化玻璃放入120℃烘箱加热直至浆料固化。将上述处理后的钢化玻璃载体放入n,n-二甲基甲酰胺溶液中，放置1h后取出，用去离子水清洗。之后将钢化玻璃放入80℃的烘箱中抽真空加热干燥1h后得到负载活性二氧化锰的钢化玻璃材料。

图4(c)和4(d)为本发明钢化负载活性二氧化锰纳米粉体前后的照片，负载前钢化玻璃透明，负载后呈褐色，说明有大量的活性二氧化锰纳米粉体已经负载到了钢化玻璃上。从图4(a)和4(b)，可以发现钢化玻璃表面负载了很多疏松排列的活性二氧化锰颗粒，其粒径为500nm左右，膜厚10μm～1mm，进一步放大可发现负载在钢化玻璃表面的活性锰颗粒呈孔洞状。

实施例3

将质量为2g的按3:1混合的水溶性有机硅胶黏剂和丙烯酸树脂用去离子水稀释，按水：胶＝8:1的比例稀释。然后，依次将0.5g的聚苯乙烯微球和3g的二氧化锰纳米粉体分散其中，高速搅拌均匀，形成稳定的浆料。将上述浆料涂覆到经低温等离子处理的钢化玻璃(尺寸6cm*6cm)上，将上述钢化玻璃放入200℃烘箱加热直至浆料固化。将上述处理后的钢化玻璃载体放入n,n-二甲基甲酰胺溶液中，放置0.5h后取出，用去离子水清洗。之后将钢化玻璃放入100℃的烘箱中抽真空加热干燥2h后得到负载活性二氧化锰的钢化玻璃材料。

在室温下，向1.5l的有机玻璃容器中注入约3微升37％甲醛溶液，使甲醛的平衡浓度达到190ppm，将净化材料放入容器中研究甲醛减少量及二氧化碳生成量。实施例2制备的材料为例，如图5所示，静态实验表明，该催化剂可以快速分解甲醛，甲醛浓度在短时间内从190ppm迅速降至50ppm，同时在有机玻璃容器中检测到二氧化碳生成，但二氧化碳的生成时间较长。

以实施例3制备的材料为例，设定甲醛的进气浓度为0.5mg/m3，相对湿度40％，气流速度为1l/min，面速度为350cm/min，以上气流连续不断地通过净化材料。调节加热装置，使样品温度分别保持在20℃，40℃，60℃和80℃，分别测定其对甲醛的分解性能。如图6所示，随着温度的增加甲醛的去除率随之增加，加热到80℃时，净化材料对甲醛的去除率高达95％，充分说明了加热催化材料有助于提高活性锰纳米粉体催化材料的催化活性，有利于高效去除室内的甲醛污染。