一种含有异质结体的滤网及其制备方法与流程

本发明涉及一种含有异质结体的滤网及其制备方法，该滤网主要用于静电型空气净化部件中，属于室内空气净化领域。

背景技术：

随着城市化进程的不断推进，空气中颗粒物污染问题也受到了广泛关注。已有大量文献表明颗粒物对人体健康产生的负面影响，严重者甚至会威胁人的生命。为应对室内环境中的颗粒物污染问题，人们往往选用能够实现高效过滤的空气净化器和新风机，或在公共建筑的新风系统中加入颗粒物高效过滤装置。然而为了实现高效过滤颗粒物，滤网阻力会大大增加，这使得高效过滤网在应用中出现种种问题，如：噪音大、气流容易旁通而导致的效率降低、风机能耗大。因此，需要一种能真正实现高效率，同时低阻力的颗粒物去除技术，以保障人们健康和舒适度的同时，又能降低能耗。

现在市场上的颗粒物低阻高效净化技术主要采取静电除尘和驻极体空气过滤。静电除尘器由于对小粒径颗粒物净化效率低，且使用一段时间集尘板上积灰后效率下降，因此在人居环境室内净化中不具备应用优势。同时，静电除尘器体积庞大，长期使用容易产生局部击穿并产生臭氧，存在安全隐患，不利于室内安装。驻极体空气过滤器使用一段时间后，由于过滤器表面的电荷会受空气中水分和其他带电离子影响而流失，进而出现效率下降的现象。同时，驻极体过滤器一般为微通道型过滤器，其内通道细窄狭长，装置体积庞大，不利于室内安装、维护和清洗。

为克服以上技术中存在的不足，申请人之前已提出了一种采用粗效滤网进行静电增强过滤颗粒物的净化技术。该技术通过给颗粒物预荷电，同时在静电场中将滤网极化，可以实现低阻高效去除室内颗粒物。但由于该技术采用的粗效滤网为普通高分子材料制成，呈弱极性，介电常数小，因此在被极化时滤网纤维表面产生电荷少；同时高分子纤维表面较为光滑，能够实现对颗粒物捕捉的表面电场范围较小。综合以上两个原因，普通粗效滤网静电增强后要实现高效过滤需要很高的极化电压。当采用很高的极化电压时，装置会产生大量臭氧，甚至发生放电击穿，带来安全隐患。

因此，亟需一种能在不产生臭氧的较低极化电压下，实现静电增强后对室内颗粒物高效率去除，且加工方便的低阻力滤网。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有粗效滤网在静电增强过滤装置中无法实现高效率又不产生臭氧的缺点，而提供一种含有异质结体的滤网及其制备方法，该滤网结构合理，净化效率高，阻力小，不产生臭氧，该制备方法加工简单，方便，适合批量化生产。

为实现上述目的，本发明主要通过如下技术方案实现：

一种含有异质结体的滤网，其特征在于，包括：作为骨架的基载粗效滤网(1)，以及附着在该基载粗效滤网纤维表面的固化后粘剂(2)和高介电常数颗粒(3)；所述高介电常数颗粒(3)与粘剂(2)混合后均匀地喷涂在基载粗效滤网(1)上；所述高介电常数颗粒(3)与基载粗效滤网(1)采用不同材质，用于在所述基载粗效滤网(1)的纤维表面上形成非均匀分布的异质结体。

上述滤网，其特征在于：所述基载粗效滤网(1)为纤维状滤网或泡沫状滤网。

上述滤网，其特征在于：所述基载粗效滤网(1)在迎面风速为1m/s的情况下，阻力在3到15pa之间。

上述滤网，其特征在于：所述基载粗效滤网(1)的厚度在8到20mm之间。

上述滤网，其特征在于：所述基载粗效滤网(1)采用如下高分子材料中的任意一种制成：聚氨酯泡沫、pet滤棉、pp滤棉、pe滤棉、ptfe滤棉。

上述滤网，其特征在于：所述粘剂由增稠剂、黏胶和水三者按质量比2：1：12～15调配而成。

上述滤网，其特征在于：所述粘剂中的黏胶采用耐水性的醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)。

上述滤网，其特征在于：所述高介电常数颗粒(3)的粒径为50到100微米，相对介电常数在6以上，可采用活性炭或以下金属氧化物颗粒中的任意一种：二氧化钛，二氧化锆，二氧化锰，钛酸钡等。

一种所述的含有异质结体的滤网的制备方法，其特征在于，所述制备方法的步骤如下：

1)分别量取基载粗效滤网、高介电常数颗粒物和粘剂，将量取的高介电常数颗粒物通过筛网目数为150～300目的筛网过筛；其中，基载粗效滤网与高介电常数颗粒物的体积之比为1：0.1～1：0.3、高介电常数颗粒物与粘剂的体积之比为1：0.3～1：0.5；所述粘剂由增稠剂、黏胶和水三者按质量比2：1：12～15调配而成；

2)将高介电常数颗粒物、粘剂采用高速离心机进行搅拌使二者均匀混合，将混合液作为喷胶；

3)用喷枪将制好的喷胶均匀喷涂在基载粗效滤网的两面上；

4)通过在通风透光处风干或在烘箱内以80～90℃烘干，使高介电常数颗粒物和粘剂组成的异质结体固化在基载粗效滤网的纤维表面上，得到含有异质结体的滤网。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

采用粗效滤网作为基载骨架，具有成本低廉、风阻低的特点。通过制胶、喷涂和干燥过程，将高介电常数颗粒物和粘剂组成的异质结体固化在基载粗效滤网的纤维表面上，使得所述含有异质结体的滤网在较低的极化电场作用下就可以在纤维表面上分离出大量电荷，并扩大表面电荷产生的电场对空气中颗粒物的有效作用范围，从而实现在不产生臭氧的情况下高效去除室内颗粒物。由于黏胶具有耐水性，所述含有异质结体的滤网在使用一段时间阻力增加后，可以通过水洗的方式进行再生，实现滤网的重复利用，有利于节约资源和保护环境。制胶、喷涂和干燥过程较为简单，加工方便，适合批量化生产。

综上所述，本发明加工方便，提供了一种能在不产生臭氧的较低极化电压下，实现静电增强后对室内颗粒物高效率去除的低阻力滤网。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明中异质结滤网的结构示意图；其中，图1(a)为整体结构，图1(b)为局部放大结构。

图2为本发明中异质结滤网制备方法的工艺流程示意图。

图中：1—基载粗效滤网，2—固化后粘剂，3—高介电常数颗粒。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例，对本发明的技术方案进行进一步说明。

本发明提出的一种含有异质结体的滤网，包括：作为骨架的基载粗效滤网，以及附着在该基载粗效滤网纤维表面的固化后粘剂和高介电常数颗粒；所述高介电常数颗粒与粘剂混合后均匀地喷涂在基载粗效滤网上；所述高介电常数颗粒与基载粗效滤网采用不同材质，高介电常数颗粒为活性炭或金属氧化物、基载粗效滤网为高分子材料，用于在基载粗效滤网的纤维表面上形成非均匀分布的异质结体。本发明所采用的各原料均为市售产品。

可选地，所述基载粗效滤网为纤维状滤网或泡沫状滤网。

可选地，所述基载粗效滤网在迎面风速为1m/s的情况下，阻力在3到15pa之间；其中，阻力不低于3pa以避免滤网孔径过大，净化效率较低的情况出现；阻力不高于15pa以避免加入异质结体后滤网阻力过大。

可选地，所述基载粗效滤网的厚度在8到20mm之间；其中，厚度不小于8mm以避免滤网容尘量小的情况出现；厚度不大于20mm以保证喷枪可以将高介电常数颗粒物和粘剂制成的喷胶喷入基载粗效滤网内部。

可选地，所述基载粗效滤网采用如下高分子材料中的任意一种制成：聚氨酯泡沫、pet滤棉、pp滤棉、pe滤棉、ptfe滤棉。

可选地，所述粘剂由增稠剂、黏胶和水三者按质量比2：1：12～15调配而成。

可选地，所述高介电常数颗粒的粒径为50到100微米，不大于100微米以保证异质结体具有较大的表面积，以增加滤网的容尘面积，不小于50微米以节省整个滤网的制作成本；高介电常数颗粒的相对介电常数在6以上，以保证滤网具有较高的被极化能力，高介电常数颗粒采用活性炭或以下金属氧化物颗粒中的任意一种：活性炭、二氧化钛，二氧化锆，二氧化锰，钛酸钡。

本发明还提出一种用于所述含有异质结体的滤网的制备方法，具体包括以下步骤：

1)分别量取基载粗效滤网、高介电常数颗粒物和粘剂，将量取的高介电常数颗粒物通过筛网目数为150～300目的筛网过筛；其中，基载粗效滤网与高介电常数颗粒物的体积之比为1：0.1～1：0.3、高介电常数颗粒物与粘剂的体积之比为1：0.3～1：0.5；所述粘剂由增稠剂、黏胶和水三者按质量比2：1：12～15调配而成；

2)将高介电常数颗粒物、粘剂采用高速离心机进行搅拌使二者均匀混合，将混合液作为喷胶；

3)用喷枪将制好的喷胶均匀喷涂在基载粗效滤网的两面上；

4)通过在通风透光处风干或在烘箱内以80～90℃烘干，使高介电常数颗粒物和粘剂组成的异质结体固化在基载粗效滤网的纤维表面上，得到含有异质结体的滤网。

实施例1

本实施例的含有异质结体的滤网，其结构如图1所示，包括作为骨架的基载粗效滤网1，以及附着在该基载粗效滤网纤维表面的固化后的粘剂2和高介电常数颗粒3；其中，高介电常数颗粒3与粘剂2混合后均匀地喷涂在基载粗效滤网1上；基载粗效滤网1采用聚氨酯泡，高介电常数颗粒3采用钛酸钡粉末，基载粗效滤网1和高介电常数颗粒3采用的材质不同，用于在基载粗效滤网1的纤维表面上形成非均匀分布的异质结体。

本实施例选用尺寸为300×300×8mm、孔隙率为35ppi的聚氨酯泡沫作为基载粗效滤网1，该基载粗效滤网在迎面风速为1m/s情况下的阻力为3.5pa；选用的粘剂由作为增稠剂的160g固含量为1％的纤维素钠溶液、作为黏胶的80g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)和1kg水调配制成，所选vae具有耐水性，以保证上述含有异质结体的滤网在使用一段时间阻力增加后，可以通过水洗的方式进行再生，实现滤网的重复利用；选用100g粒径为100微米的钛酸钡粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，该钛酸钡粉末的相对介电常数为600。

本实施例含有异质结体的滤网的制备方法流程如图2所示，本实施例采用的基载粗效滤网1、高介电常数颗粒物3的体积之比为1:0.25，高介电常数颗粒物3和固化后的粘剂2的体积之比为1：0.5，具体包括以下步骤：

1)量取体积为300×300×8mm的聚氨酯泡沫作为基载粗效滤网1；量取100g粒径为100微米的钛酸钡粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，采用150目的筛网将高介电常数颗粒3过筛后待用；量取80g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)作为黏胶、160g固含量为1％的纤维素钠溶液作为增稠剂、加入1kg水中搅拌均匀，制备成粘剂待用。

2)目的筛网将高介电常数颗粒3过筛后待用；将钛酸钡粉末和制备的粘剂混合，用高速离心机进行10分钟搅拌使二者混合均匀，将混合液作为喷胶。

3)用喷枪将一半质量的喷胶朝作为基载粗效滤网的聚氨酯泡沫的一面均匀喷涂，再将剩下一半质量的喷胶朝作为基载粗效滤网聚氨酯泡沫的另一面均匀喷涂。

4)将喷好的滤网放入烘箱中，以80℃烘干，使钛酸钡和粘剂组成的异质结体固化在聚氨酯泡沫的纤维表面上，从而得到含有钛酸钡异质结体的聚氨酯泡沫滤网。

本实施例的有效性验证：取一块制备好的含有钛酸钡异质结体的聚氨酯泡沫滤网，安装在空气流道截面恰好与之匹配的静电增强过滤装置中。设定放电电压为+10kv，调整极化电压为+10kv，用室内颗粒物作为测试源，测试静电增强过滤装置上、下游颗粒物浓度和臭氧浓度，以及装置的阻力。

检测结果表明，安装本实施例中制备而成的含有异质结体的滤网的静电增强过滤装置，在室温和迎面风速为1m/s的条件下对室内粒径为0.3～1.0微米的颗粒物的一次通过过滤效率为93％；臭氧产生量小于1ppb，可忽略不计；阻力为4.1pa。

实施例2

本实施例含有异质结体的滤网与实施例1的不同之处在于：本实施例选用尺寸为300×300×20mm、孔隙率为40ppi的聚氨酯泡沫作为基载粗效滤网1，该基载粗效滤网在迎面风速为1m/s情况下的阻力为11pa；选用的粘剂由作为增稠剂的200g固含量为1％的纤维素钠溶液、作为黏胶的100g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)和1.4kg水调配制成，所选vae具有耐水性；选用170g粒径为80微米的二氧化锰粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，该二氧化锰粉末的相对介电常数为9000。

本实施例采用的基载粗效滤网1、高介电常数颗粒物3的体积之比为1:0.2，高介电常数颗粒物3和固化后的粘剂2的体积之比为1：0.4，具体包括以下步骤：

1)量取体积为300×300×20mm的聚氨酯泡沫作为基载粗效滤网1；量取170g粒径为80微米的二氧化锰粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，采用180目的筛网将高介电常数颗粒3过筛后待用；量取100g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)作为黏胶、200g固含量为1％的纤维素钠溶液作为增稠剂、加入1.4kg水中搅拌均匀，制备成粘剂待用。

2)将二氧化锰粉末和制备的粘剂混合，用高速离心机进行12分钟搅拌使二者混合均匀，将混合液作为喷胶。

3)用喷枪将一半质量的喷胶朝聚氨酯泡沫的一面均匀喷涂，再将剩下一半质量的喷胶朝聚氨酯泡沫的另一面均匀喷涂。

4)将喷好的滤网放入烘箱中，以90℃烘干，使二氧化锰和粘剂组成的异质结体固化在聚氨酯泡沫的纤维表面上，从而得到含有二氧化锰异质结体的聚氨酯泡沫滤网。

本实施例的有效性验证：取一块制备好的含有二氧化锰异质结体的聚氨酯泡沫滤网，安装在空气流道截面恰好与之匹配的静电增强过滤装置中。设定放电电压为+12kv，调整极化电压为+16kv，用室内颗粒物作为测试源，测试静电增强过滤装置上、下游颗粒物浓度和臭氧浓度，以及装置的阻力。

检测结果表明，安装本实施例中制备而成的含有异质结体的滤网的静电增强过滤装置，在室温和迎面风速为1m/s的条件下对室内粒径为0.3～1.0微米的颗粒物的一次通过过滤效率为90％；臭氧产生量小于1ppb，可忽略不计；阻力为21pa。

实施例3

本实施例含有异质结体的滤网与实施例1的不同之处在于：本实施例选用尺寸为300×300×8mm、密度为18kg/m³的pet滤棉作为基载粗效滤网1，该基载粗效滤网在迎面风速为1m/s情况下的阻力为15pa；选用的粘剂由作为增稠剂的110g固含量为1％的纤维素钠溶液、作为黏胶的55g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)和0.8kg水调配制成，所选vae具有耐水性；选用90g粒径为50微米的二氧化钛粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，该二氧化锰粉末的相对介电常数为9000。

本实施例采用的基载粗效滤网1、高介电常数颗粒物3的体积之比为1:0.3，高介电常数颗粒物3和固化后的粘剂2的体积之比为1：0.3，具体包括以下步骤：

1)量取体积为300×300×8mm的pet滤棉作为基载粗效滤网1；量取90g粒径为50微米的二氧化钛粉末作为负载在基载粗效滤网1上的高介电常数颗粒3，采用300目的筛网将高介电常数颗粒3过筛后待用；量取55g醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(vae)作为黏胶、110g固含量为1％的纤维素钠溶液增稠剂、加入0.8kg水中搅拌均匀，制备成粘剂待用。

2)将二氧化钛粉末和制备的粘剂混合，用高速离心机进行8分钟搅拌使二者混合均匀，将混合液作为喷胶。

3)用喷枪将一半质量的喷胶朝pet滤棉的一面均匀喷涂，再将剩下一半质量的喷胶朝pet滤棉的另一面均匀喷涂。

4)将喷好的滤网晾在气温高于25度的通风透光处2小时，使二氧化钛和粘剂组成的异质结体固化在pet滤棉的纤维表面上，从而得到含有二氧化钛异质结体的pet滤网。

本实施例的有效性验证：取一块制备好的含有二氧化钛异质结体的pet滤网，安装在空气流道截面恰好与之匹配的静电增强过滤装置中。设定放电电压为+12kv，调整极化电压为+15kv，用室内颗粒物作为测试源，测试静电增强过滤装置上、下游颗粒物浓度和臭氧浓度，以及装置的阻力。

检测结果表明，安装本实施例中制备而成的含有异质结体的滤网的静电增强过滤装置，在室温和迎面风速为1m/s的条件下对室内粒径为0.3～1.0微米的颗粒物的一次通过过滤效率为97％；臭氧产生量小于1ppb，可忽略不计；阻力为28pa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。