一种空气净化器用催化剂颗粒及其逐层包覆成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于空气净化用催化剂生产领域，更具体的是，涉及一种空气净化器用催 化剂颗粒及其逐层包覆成型方法。
【背景技术】
[0002] 纳米级金属氧化物催化材料由于具有优良的催化性能，广泛应用于催化领域，尤 其是应用于常温下催化分解室内挥发性有害气体，如甲醛、苯、二甲醛等。在实际应用中，对 催化剂的应用性能造成影响的因素包括催化剂自身结果性能和载体的物化指标（包括比 表面积、孔径、孔容、强度和表面性能等），催化剂的剂型对其应用性能（如风阻、压降等）也 有着明显的影响。
[0003] 在这个常温自发的催化反应中，是催化剂固体和空气中有害气体的反应，所以接 触面积对该催化反应的效果影响很大。催化剂的比表面积越大，与空气的接触面积就越大， 催化反应的效率就越高，其催化活性也就越强，比表面积由催化剂颗粒的成型工艺直接关 联。另外，由于催化剂材料通常安置于空气净化器的滤芯中，为了便于使用且避免产生粉 尘，成型操作通常也是必须的步骤。由于催化剂成型方法和工艺差异，所制得的催化剂的比 表面积、颗粒强度和表面结构也会有着差异，这些差异会显著影响催化剂的催化效果。由 于球形颗粒规整、风阻小且分布均匀、机械强度高且装/卸容易，所以球形是成型工艺最方 便、应用最广泛的一种颗粒形貌。
[0004] 由于空气净化器是在室内长期使用的产品，所以要求催化剂颗粒不易霉变、不会 产生异味，很多种粘结剂都是有机物，室温放置时间长了易霉变和挥发出异味，故不适合添 加到空气净化器用的催化剂颗粒中。在催化剂颗粒的使用过程中，不能完全排除偶尔会出 现的少量掉粉的情况，粉末万一随风溢出进入人体则可能会影响人体的健康，所以在成型 过程中对催化剂做好安全保护措施也很重要。在催化剂颗粒的使用过程中，由于工艺和滤 网容器的限制，要求催化剂颗粒大小均匀，所以在成型工艺中，对颗粒粒度的控制也很重 要。在转动成型工艺中，物料的添加速率直接影响到颗粒的粒度和均一度，目前采用的人工 经验判断加料方法难以精准控制颗粒的粒度和均一度。在颗粒处理的过程中还需要干燥和 抛光，工序复杂成本也较高。
[0005] CN 103041869公开了一种球形催化剂载体的制备方法，该方法是采用球形整粒法 制备的，通过向氧化铝前身物中加入双子表面活性剂的方式，改善了氧化铝载体表面的物 理性质，调节了载体成型过程中物料的粘连性、流变性，降低了载体成型后的塑变性，大幅 度提高了球形载体的收率，改善了球形载体的强度，提高了球形载体完整颗粒的比例。但 是无法精准控制颗粒中各种物料的配比及颗粒的颗粒度。CN 104276806公开了一种球形 氢氧化钙及其制备方法。它是以粉状氢氧化钙和粘土矿物为主要原料，按照粉状氢氧化钙 35-95%，粘土矿物5-65%的配比（重量百分比）进行配料混合，用清水或浓度为0-10 %羧 甲基纤维素钠（CMC)的水溶液作助剂，在球形造粒机内成型，经过两层筛子筛选出具有一 定粒度范围的球形颗粒，进一步通过干燥、焙烧和包装过程，得到球形氢氧化钙。但是这种 方法操作难以实现精准的自动化控制。
【发明内容】
[0006] 基于上述所提到的问题，本发明的目的在于提供一种空气净化器用催化剂颗粒及 其逐层包覆成型方法。本发明制备出的球形催化剂颗粒具有催化效率高、不易变质、粒度均 匀、安全健康的特点。在颗粒成型的过程中，采用逐层包覆的工艺得到核壳结构，选用粘土 矿物材料作为内核，活性炭等安全无害的无机多孔材料作为骨架材料，采用不易变质的无 机粘结剂，得到了粒度均匀、有高催化活性且在室温下长期放置不易变质不会霉变的球形 催化剂颗粒。颗粒成型方法采用自动控制物料添加速率，保证了颗粒结构的均一性。
[0007] 本发明所述的催化剂颗粒，其特征在于，催化剂颗粒由内至外依次包括内核、催化 剂层、多孔骨架材料层，所述催化剂层包覆在内核外表面，并且所述多孔骨架材料层包覆在 催化剂层外表面；所述催化剂层包括催化剂和粘结剂，并且所述多孔骨架材料层包括多孔 骨架材料和粘结剂。
[0008] 优选的是，所述内核为粘土矿物颗粒。进一步优选的是，所述粘土矿物为镁硅酸盐 粘土矿物。更进一步优选的是，所述粘土矿物为娃藻土、海泡石中的任一种。
[0009] 优选的是，所述催化剂为金属氧化物催化材料。
[0010] 优选的是，所述多孔骨架材料为无机多孔材料。进一步优选的是，所述多孔骨架材 料为活性炭、二氧化硅细粉、硅藻泥中的任一种。
[0011] 优选的是，所述催化剂层或多孔骨架材料层中的粘结剂为无机粘结剂。进一步优 选的是，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、羧甲基纤维素钠（CMC)中的任一种。
[0012] 优选的是，所述催化剂材料、多孔骨架材料、粘结剂、内核材料用量的质量百分比 分别为：催化剂15-30%、多孔骨架材料55-70%、粘结剂2-15%、内核3-10%。
[0013] 优选的是，所述催化剂颗粒的直径为2-3mm。
[0014] 优选的是，所述内核的直径为0. 4-0. 6_，内核外面包覆催化剂层后二者的直径为 0. 8-1. 5mm〇
[0015] 为了制成上述催化剂颗粒，本发明进而提供了一种用于形成催化剂颗粒的逐层包 覆成型方法，其特征在于，包括：粘土矿物成核前处理工艺，转动制粒工艺、球形颗粒干燥抛 光工艺；其中，
[0016] 在粘土矿物成核前处理工艺中，在内核材料中加水混合，筛分获得内核颗粒；
[0017] 在转动制粒工艺中，转动所述内核颗粒并且间歇性地向其喷洒催化剂和粘结剂， 使得所述内核颗粒外表面包覆均匀的催化剂层；然后，选取粒度符合要求的包覆了催化剂 层的颗粒，使其转动并且间歇性地向其喷洒多孔骨架材料和粘结剂，使得其外表面包覆均 匀的多孔骨架材料层；选取粒度符合要求的包覆了多孔骨架材料层的颗粒；
[0018] 在球形颗粒干燥抛光工艺中，对所选取的包覆了多孔骨架材料层的颗粒，进行干 燥并同时实现表面抛光的处理。
[0019] 优选的是，在上述方法中，所述内核材料为粘土矿物。进一步优选的是，所述粘土 矿物为镁硅酸盐粘土矿物。更进一步优选的是，所述粘土矿物为硅藻土、海泡石中的任一 种。
[0020] 优选的是，在上述方法中，所述催化剂为金属氧化物催化材料粉末。
[0021] 优选的是，在上述方法中，所述多孔骨架材料为无机多孔材料粉末。进一步优选的 是，所述多孔骨架材料粉末为活性炭、二氧化硅细粉、硅藻泥中的任一种。
[0022] 优选的是，在上述方法中，形成所述催化剂层或多孔骨架材料层过程中使用的粘 结剂为无机粘结剂。进一步优选的是，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、羧甲基纤维素 钠（CMC)中的任一种。
[0023] 优选的是，在上述方法中，催化剂、多孔骨架材料、粘结剂、内核材料用量的质量百 分比分别为：催化剂15-30 %、多孔骨架材料55-70 %、粘结剂2-15 %、内核材料3-10 %。
[0024] 优选的是，在粘土矿物成核前处理工艺中，筛分获得的内核颗粒的粒径为 0. 4-〇. 6mm〇
[0025] 优选的是，在粘土矿物成核前处理工艺中，内核材料与水的质量比为1 : 1。
[0026] 优选的是，在转动制粒工艺中，向所述内核颗粒交替地喷洒催化剂和粘结剂，以及 向所述包覆了催化剂层的颗粒交替地喷洒多孔骨架材料和粘结剂。
[0027] 优选的是，在转动制粒工艺中，所述粒度符合要求的包覆了催化剂层的颗粒的粒 径为 0. 8-1. 5mm。
[0028] 优选的是，在转动制粒工艺中，所述粒度符合要求的包覆了多孔骨架材料层的颗 粒的粒径为2_3mm。
[0029] 优选的是，在所述转动制粒工艺中，所述粘结剂的质量溶度为20%。
[0030] 优选的是，在球形颗粒干燥抛光工艺中，干燥温度为90-200 °C，干燥时间为 5-30h〇
[0031] 优选的是，在所述转动制粒工艺中，将所述内核颗粒放入糖衣机进行转动并且喷 洒所述催化剂和粘结剂；检测颗粒粒度并筛选出粒度符合要求的包覆了催化剂层的颗粒； 将筛选出的包覆了催化剂层的颗