滤芯材料的制备方法、滤芯材料和空气净化器与流程

本发明涉及空气净化
技术领域：
，特别涉及一种滤芯材料的制备方法、滤芯材料和空气净化器。
背景技术：
：在目前常见的空气净化器中，常见的滤芯材料有活性炭等，然而，现有的滤芯材料对甲醛等有害气体的去除方式主要为物理吸附，由于其对有害气体，尤其是甲醛，容易达到吸附饱和状态，故吸附性能不高，导致滤芯材料对甲醛的去除效率低且使用寿命较短，进而制约了空气净化器的净化性能的提高。技术实现要素：本发明的主要目的是提供一种滤芯材料的制备方法，旨在提高滤芯材料对甲醛气体的去除效率的同时，提高滤芯材料的使用寿命。为实现上述目的，本发明提出的滤芯材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、制备包含过渡金属氧化物前驱体的溶液；步骤二、将包含过渡金属氧化物前驱体的溶液，在160～220℃以及在0.9～1.1Mpa的压力条件下，反应18～24小时，以发生水热晶化反应制成过渡金属氧化物晶粒的悬浮液；步骤三、对过渡金属氧化物晶粒的悬浮液进行离心处理，分离得到过渡金属氧化物的固态产物；步骤四、将过渡金属氧化物的固态产物经干燥处理后，于450～550℃下进行焙烧处理，得到过渡金属氧化物的活性粉体；步骤五、将过渡金属氧化物的活性粉体与成型助剂充分混合后，通过成型机成型成半成品，然后再将半成品经过干燥和焙烧得到滤芯材料。优选地，所述过渡金属氧化物前驱体的溶液是经过以下步骤制成：将过渡金属前驱盐用去离子水完全溶解成浓度40～50g/L的过渡金属前驱盐溶液，将碱用去离子水完全溶解成浓度8～10g/L的碱溶液；将过渡金属前驱盐溶液和碱溶液按照1:1.6～2的质量比同时注入水热反应釜中且通过搅拌以混合均匀，并同时控制反应釜中混合液的pH值为9.5～10.5，反应釜温度为75～85℃，搅拌桨的转速为50～150转/分钟。优选地，所述过渡金属前驱盐为氯化锰、醋酸锰、硫酸锰、以及硝酸锰中的至少一种，碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。优选地，步骤二中所述的过渡金属氧化物晶粒由混合多价态过渡金属氧化物组成，所述过渡金属氧化物晶粒的粒径为纳米级。优选地，步骤四中的干燥温度为80～140℃，且干燥后的过渡金属氧化物的活性粉体的水分含量在6％～8％。优选地，所述成型助剂为粘土材料。优选地，所述过渡金属氧化物的活性粉体与成型助剂的质量比为1：2～3。优选地，步骤五中的干燥温度为100～130℃，干燥后的滤芯材料的水分含量在1％～4％，焙烧温度为400～500℃。本发明还提出一种滤芯材料，所述滤芯材料为颗粒状，每一颗粒状的滤芯材料的表面与内部均具有多个微米级的微孔。其中，所述滤芯材料的制备方法包括以下步骤：步骤一、制备包含过渡金属氧化物前驱体的溶液；步骤二、将包含过渡金属氧化物前驱体的溶液，在160～220℃以及在0.9～1.1Mpa的压力条件下，反应18～24小时，以发生水热晶化反应制成过渡金属氧化物晶粒的悬浮液；步骤三、对过渡金属氧化物晶粒的悬浮液进行离心处理，分离得到过渡金属氧化物的固态产物；步骤四、将过渡金属氧化物的固态产物经干燥处理后，于450～550℃下进行焙烧处理，得到过渡金属氧化物的活性粉体；步骤五、将过渡金属氧化物的活性粉体与成型助剂充分混合后，通过成型机成型成半成品，然后再将半成品经过干燥和焙烧得到滤芯材料。本发明还提出一种空气净化器，包括滤芯材料以及机身，所述机身包括设于机身内部的滤芯，所述滤芯包括多层间隔设置的过滤网材，所述滤芯材料填充于两过滤网材的夹层中。本发明的技术方案中，相较于目前常见的主要由活性炭组成的滤芯材料，本发明的制备方法所制成的滤芯材料对甲醛的净化性能的提高主要由以下两方面实现：一方面，由于滤芯材料以混合多价态过渡金属氧化物为催化活性组分，其价态的不断循环转化，可使晶粒表面的晶格氧原子有相当强的可移动性，因而催化的活性较高，同时，晶粒的纳米级结构也有利于催化活性的提高，如此，就使得其对甲醛进行催化而去除的效率提高，且由于能循环反应，不易出现吸附饱和的现象，故其材料使用寿命也得到提高；另一方面，由于多个晶粒团聚成活性粉体的颗粒，每一活性粉体的颗粒的微观结构中存在晶粒之间的通道或微孔等，同时，每一颗粒状的滤芯材料的成品的表面与内部也存在众多微孔，可以理解，如此高的孔隙率可使滤芯材料对甲醛的吸附能力以及吸附容量等大大提高，从而可提高去除甲醛的效率以及材料的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明滤芯材料的制备方法一实施例的工艺流程图；图2为本发明空气净化器的结构示意图。附图标号说明：标号名称标号名称1机身2滤芯3进风格栅板本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种滤芯材料的制备方法。如图1所示，在实施例1中，本发明提出的滤芯材料的制备方法如下：步骤一、于水热反应釜中制备包含过渡金属氧化物前驱体的溶液；步骤二、在水热反应釜中，将包含过渡金属氧化物前驱体的溶液在220℃以及在1.1Mpa的压力条件下，反应18小时，以发生水热晶化反应制成过渡金属氧化物晶粒的悬浮液；步骤三、将过渡金属氧化物晶粒的悬浮液降至室温后取出，离心分离得到过渡金属氧化物的固态产物；步骤四、将过渡金属氧化物的固态产物经干燥处理后，于550℃下进行焙烧处理，得到过渡金属氧化物的活性粉体；步骤五、将过渡金属氧化物的活性粉体与成型助剂充分混合后，通过成型机成型成半成品，然后再将半成品经过干燥和焙烧得到滤芯材料。具体地，包含过渡金属氧化物前驱体的溶液是经过以下步骤制成：首先，将过渡金属前驱盐粉体用去离子水完全溶解成浓度40～50g/L的过渡金属前驱盐溶液，将碱用去离子水完全溶解成浓度38～45g/L的碱溶液；然后，将过渡金属前驱盐溶液和碱溶液按照1：2的质量比同时注入水热反应釜中且通过搅拌以混合均匀，并同时控制反应釜中混合液的pH值为9.5～10.5，反应釜温度为75～85℃，搅拌桨的转速为50～150转/分钟。在注入完成后即可进入步骤2，此时，在反应釜中的混合液应包含过渡金属氧化物的前驱体及碱等。在本实施例中，过渡金属前驱盐为氯化锰，碱为氢氧化钠，在碱性环境下，可生成非晶态的锰的氧化物前驱体，该非晶态的锰的氧化物前驱体在步骤二中可发生水热晶化反应，从而制得锰的氧化物晶粒。在本实施例的步骤一中，将过渡金属前驱盐溶液与碱溶液同时注入，且控制反应釜中混合液的pH值为9.5～10.5可使得反应更充分；而反应釜温度范围优选设置为75～85℃，是为了提高反应物的生成率，当温度低于75℃时，其反应速率降低，且会产生其他杂质，当温度低于85℃时，其杂质产生率也会提高；通过搅拌桨的搅拌，且搅拌桨的转速优选设为为50～150转/分钟，可使两溶液混合更均匀，以使得反应更充分，在此，转速应低于150转/分钟，若转速太高，则会增加对搅拌设备的损耗。在步骤二中，锰的氧化物晶粒由混合多价态锰的氧化物组成，例如二价态、三价态的锰的氧化物，且锰的氧化物晶粒的粒径为纳米级。可以理解，由于比表面积增大，故纳米级的锰的氧化物晶粒将会有更好的催化活性。在本步骤中，水热晶化反应的温度范围为160～220℃，若温度太低，则会发生反应不充分的情况，若温度太高，则会促进晶粒增长，使得晶粒粒径过大，从而降低催化活性。另外，水热晶化反应的时间范围为18～24小时，若反应时间过短，则会使反应不充分，导致目标生成物的纯度降低，反应时间太长，则也会促进晶粒增长，并不利于节约能源以及降低生产效率。在步骤三中，锰的氧化物晶粒的悬浮液的降温方式优选自然降温，此降温方式有利于晶粒形态的控制并节省能源。在步骤四中，锰的氧化物的固态产物的干燥温度范围具体为80～140℃，干燥方式优选使用电热干燥以去除大部分水分，且干燥后的锰的氧化物的活性粉体的水分含量在6％～8％，当然，本步骤中，干燥方式也可使用自然干燥，但其干燥速率较慢，进而会降低生产效率。另外，本步骤中，在550℃的温度下进行焙烧，可使多个晶粒之间团聚为活性粉体的粉颗粒，且由于晶粒间结晶水的逸出，每一活性粉体的颗粒的微观结构中存在晶粒之间的通道或微孔等。在步骤五中，出于成本以及成型效果等方面综合考虑，成型助剂为粘土材料，在本实施例中，该成型助剂具体为凹凸棒粘土，当然，于其他实施例中，成型助剂还可为其他材料，例如但不限于彭润土等。另外，本步骤的对于半成品的干燥温度范围为100～130℃，干燥后的滤芯材料的水分含量在1％～4％；其焙烧温度范围为400～500℃，且最后得到的滤芯材料为尺寸均匀的圆柱状颗粒。微观结构观察可知，由于在干燥与焙烧时水分子的逸出，该颗粒的表面及内部均具有很多蜂窝状的微孔，且这些微孔通常为微米级。在此需特别说明的是，本发明的制备方法制成的滤芯材料对甲醛的净化以气固相催化氧化反应原理进行，以锰的氧化物为例，其反应机理如下：MnOx-1-O(s)+CH2O(ads)→MnOx-1(s)+2H(ads)+CO2(g)(1)MnOx-1(s)+2H(ads)+O2(g)→MnOx-1-O(s)+H2O(g)(2)其中，滤芯材料以纳米结构的混合多价态过渡金属氧化物(本实例中为MnOx-1-O)为催化活性组分，因此能够在室温下有效氧化分解甲醛。在此反应机理中，晶粒表面上的可移动晶格氧原子会参与反应，随后这些被消耗掉的晶格氧原子由气态氧分子在晶粒上的吸附和离解所补充。由此可见，晶格氧原子在颗粒的表面的移动性对反应活性至关重要，而这些氧原子的移动性则由晶粒中可变化合价的过渡金属氧化物MnOx-1-O自身的氧化态、还原态的循环反应来完成。而在本发明的制备方法所制成的滤芯材料中，由于其活性组分过渡金属氧化物MnOx-1-O存在着多种价态，且易于相互转化，从而使晶粒表面的晶格氧原子有相当强的可移动性，因此本滤芯材料具有很好的甲醛催化氧化活性。具体地，本滤芯材料对甲醛的净化过程如下，首先，环境空气中的气态甲醛CH2O(g)吸附到颗粒表面形成吸附态的CH2O(ads)，然后在反应式(1)中吸附态的CH2O(ads)在活性组分MnOx-1-O(s)的催化作用下生成气态CO2(g)释放到空气中，同时也产生吸附态的H(ads)；在反应式(2)中失去晶格氧原子的MnOx-1(s)、吸附态H(ads)和气态氧分子O2(g)共同作用，重新生成MnOx-1-O(s)和气态H2O(g)。随着(1)、(2)两个反应在MnOx-1-O(s)表面进行，不断的将CH2O(ads)转化成无害的CO2(g)和H2O(g)，从而达到净化空气中甲醛的目的。在本实施例中，相较于目前常见的活性炭的滤芯材料，本发明的制备方法所制成的滤芯材料对甲醛的净化性能的提高主要由以下两方面实现：一方面，由于滤芯材料以混合多价态过渡金属氧化物为催化活性组分，其价态的不断循环转化，同时，晶粒的纳米级结构也有利于催化活性的提高，如此，就使得其对甲醛进行催化而去除的效率提高，且由于能循环反应，不易出现吸附饱和的现象，故其材料使用寿命也得到提高；另一方面，由于多个晶粒团聚成活性粉体的颗粒，每一活性粉体的颗粒的微观结构中存在晶粒之间的通道或微孔等，同时，每一颗粒状的滤芯材料的成品的表面与内部也存在众多微孔，可以理解，如此高的孔隙率可使滤芯材料对甲醛的吸附能力以及吸附容量等大大提高，从而可提高去除甲醛的效率以及材料的使用寿命。实施例2一种滤芯材料的制备方法，具体步骤如下：首先，将硫酸锰粉体用去离子水完全溶解成浓度40～50g/L的硫酸锰溶液，将氢氧化钾用去离子水完全溶解成浓度38～45g/L的碱溶液；然后，重复实施例1中的制备步骤，但其步骤二中的水热晶化反应温度为160℃，反应时间为24小时。在上述实施例中，滤芯材料采用以下方法进行评价，其数据及评价结论具体请参照表1、表2、以及表3。当然，本滤芯材料除了可高效率的去除甲醛气体外，还可以有效去除乙醛、乙酸、氨、硫化氢、臭氧等有害气体，其适用范围广泛。表1甲醛吸附量实验数据对照表如表1所示，通过实验数据对照可知，相较于目前常见的滤芯材料，例如活性炭或竹炭，本发明制备方法所制备的滤芯材料对甲醛具有明显的吸附效果。表2甲醛穿透吸附时间实验数据对照表表3甲醛一小时去除率实验数据对照表本发明还提出一种滤芯材料和具有该滤芯材料的空气净化器，该空气净化器包括由滤芯材料以及机身1，具体地，机身1内腔的下部设有滤芯2，机身的外壳上对应该滤芯2设有进风格栅板3，其中，滤芯2包括多层间隔设置的过滤网材(未标示)，滤芯材料(未标示)则填充于两过滤网材的夹层中。该滤芯材料的制备方法具体参照上述实施例，由于本滤芯材料和本空气净化器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。另外，本滤芯材料除了可以应用于空气净化器之外，还可应用于其他需对空气进行净化的产品，例如但不限于空调等，也可以做成单独的空气净化产品，例如吸附包等。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3