本实用新型涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种对甲醛具有催化降解功能的过滤结构以及应用该过滤结构的过滤元件。
背景技术：
目前用于甲醛防治的方法主要有：生物法、物理吸附法、臭氧氧化法、非热等离子体空气净化法等。生物法主要利用植物等对甲醛进行吸收转化，但只能在较低的浓度下进行而且需要的时间较长，只能作为辅助方法使用；物理吸附法通常采用活性炭进行吸附，但是吸附效率低、稳定性差，受温度和甲醛的浓度影响较大，而且已被吸附的甲醛会因吸附饱和而逆向释放回空气中；臭氧氧化法对控制性要求较高，臭氧本身毒性比甲醛还强，控制不好会适得其反；非热等离子体技术还有许多前沿的科学难题未解决，未广泛应用。催化降解法是一种新型的净化甲醛的方法，是指利用催化剂的强氧化性及其表面性质将甲醛氧化为无毒的产物，但是催化剂通常为无定型的粉末状材料，需要另外将其负载在其它基体表面，以致增加较多的机械结构和制备工艺。本实用新型的发明人想到，以过滤材料的多孔结构为骨架，将这些性能高效的催化剂负载在多孔骨架的孔隙表面，在过滤空气的同时净化空气中的甲醛。
技术实现要素：
基于上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种过滤结构，该过滤结构兼具过滤颗粒物和催化降解甲醛的功能，而且制备方法简单。本实用新型还要提供应用该过滤结构的过滤元件。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种对甲醛具有催化降解功能的过滤结构，包括过滤材料基材及附着在过滤材料基材的孔隙表面的催化剂涂层，所述催化剂涂层包括对甲醛具有催化降解功能的活性颗粒。首先，当催化剂涂层附着于过滤材料基材的孔隙表面时，可以在不改变孔的数量的前提下有效减小孔径，在保持较高的孔隙率的前提下提升过滤精度。其次，过滤材料基材的孔隙度高、比表面积大，活性颗粒在过滤材料基材的孔隙表面堆积，不仅负载量大，提升了催化降解效率，而且形成二次孔隙，使过滤结构保持较高的气通量。该过滤结构有效集成了过滤结构和催化降解结构，兼具过滤空气中的颗粒物和催化降解空气中甲醛的功能且结构简单，节约了设备的体积。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述催化剂涂层为多孔状且其平均孔径为2-50nm；所述催化剂涂层的厚度为1-60μm。若催化剂涂层的厚度较厚，则可能发生脱离现象，致使过滤结构的部分孔隙被堵塞，若催化剂涂层的厚度较薄，则催化降解的效率低且不能起到提升过滤结构的过滤精度的作用。具有上述孔径的催化剂涂层兼具优异的机械性能、较高的比表面积，可显著提升过滤结构的过滤精度、催化降解效率和使用寿命。进一步，所述催化剂涂层的厚度优选为30-50μm。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述活性颗粒的平均粒径为1-100nm。如果活性颗粒的粒径过大，则可能导致催化剂涂层的附着力差，所得过滤结构易因催化剂涂层的脱落而使孔隙被堵塞；如果活性颗粒的粒径过小，则容易发生活性颗粒的团聚现象，反而降低催化剂涂层的比表面积小，致使催化降解效率较低。进一步，所述活性颗粒的平均粒径优选为25-40nm。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述活性颗粒为二氧化锰颗粒、二氧化钛颗粒、氧化铈颗粒、氧化锆颗粒中的任意几种。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述过滤材料基材为泡沫金属。进一步，所述泡沫金属为镍基泡沫、铜基泡沫、铝基泡沫中的任意一种。所述镍基泡沫为镍泡沫或镍合金泡沫；所述铜基泡沫为铜泡沫或铜合金泡沫，所述铝基泡沫为铝泡沫或铝合金泡沫。由于泡沫金属的孔径较大，因此过滤材料基材可进一步优选为压缩后的泡沫金属。进一步，所述过滤材料基材由至少两层泡沫金属叠加压缩而成，以提升最终过滤结构的机械性能。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述压缩为轧制。当所述过滤材料基材由一层泡沫金属轧制而成时，通过轧制得到的多孔薄膜的孔径及厚度分布均匀。当所述过滤材料基材由至少两层泡沫金属叠加轧制而成时，通过轧制得到的多孔薄膜不仅孔径及厚度分布均匀，而且各层泡沫金属之间的结合力更强，不易剥离。进一步，所述轧制为热轧或冷轧。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述轧制的压力为50-600T(1T等于133.322Pa)。轧制压力过大，可能导致最终过滤结构的孔隙过小，当过滤结构较厚时，过滤阻力显著增加。轧制压力过小，不仅孔径难以达到要求，而且相邻泡沫金属之间的结合力差。所述轧制的压力优选为200-400T。通过调节轧制压力的大小，可以制备出不同孔径的过滤结构，不同孔径的过滤结构可以进一步组成多级过滤元件。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述过滤材料基材由固溶体合金、面心立方结构的金属单质或体心立方结构的金属单质为基体相的金属多孔材料所构成，其与公布号为CN104759629A的中国专利申请中记载的柔性多孔金属膜的制备方法相似或采用现有的其它类似方法制成。上述多孔材料因其制备工艺的限制，其孔径一般较大，当应用于室内空气净化时，过滤精度差，难以满足室内空气净化质量要求。采用上述方法，以所述金属多孔材料为基材，通过在基材的孔隙表面增加催化剂涂层，可以有效减小金属多孔材料的孔径，从而提升其过滤精度。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述过滤材料基材的平均孔径为5-100μm，孔隙度为35-90％，厚度为5-200μm。
作为上述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的进一步改进，所述对甲醛具有催化降解功能的过滤结构的平均孔径为1-80μm，孔隙度为35-90％，厚度为5-200μm。当过滤材料基材的孔隙表面附着催化剂涂层之后，所得过滤结构的平均孔径显著降低。虽然催化剂涂层的引入会减小最终过滤结构的孔径，但最终过滤结构的孔隙仍保持在较高的水平，这是由于催化剂涂层中的活性颗粒相互堆积，形成了大量的二次孔隙，使最终过滤结构仍具有较高的孔隙度，从而保持较高的气通量。
由于本实用新型所采用的过滤材料基材的可成型性好、强度高，因此可以将对应的过滤结构制成各种形状的过滤元件。或根据现有过滤元件的形状，在对应形状的过滤材料基材上增加催化剂涂层。不同孔径的过滤结构可以进一步组成多级过滤元件。该过滤元件应用于气体净化，尤其是应用于颗粒污染物和甲醛含量较高的室内空气净化时，由于与其对应地过滤材料基材相比，具有催化剂涂层的过滤结构的平均孔径显著减小，过滤精度更高，而且具有较高的催化降解甲醛的效率，可以满足室内空气净化质量要求。
附图说明
图1为过滤结构的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的对甲醛具有催化降解功能的过滤结构，包括平均孔径为50μm、孔隙率为52％、厚度为100μm的Ni-Cu固溶体合金基金属多孔过滤材料基材1及附着在过滤材料基材1孔隙表面2的厚度为30μm、平均孔径为25nm的催化剂涂层3构成，该催化剂涂层3由平均粒径为25nm的二氧化锰活性颗粒4堆积而成。所得过滤结构的平均孔径为20μm，孔隙率为46％，厚度为100μm，当被用于室内空气净化时，过滤效率和催化降解效率均在90％以上，使用6月后的过滤精度和催化降解效率仍在85％以上，且催化剂涂层3未有任何脱落现象。
实施例2
本实施例的对甲醛具有催化降解功能的过滤结构，采用两层叠加轧制的泡沫铝为过滤材料基材1，其平均孔径为75μm，厚度为200μm，孔隙率为80％，在轧制所得的过滤材料基材1的孔隙表面2附着的催化剂涂层3的厚度为50μm、平均孔径为15nm，该催化剂涂层3由平均粒径为40nm的二氧化钛活性颗粒4堆积而成。所得过滤结构的结构与图1所示类似，其平均孔径为25μm，孔隙率为71％，厚度为200μm，当被用于室内空气净化时，过滤效率和催化降解效率均在90％以上，使用6月后的过滤精度仍在85％以上，且催化剂涂层3未有任何脱落现象。
实施例3
本实施例的对甲醛具有催化降解功能的过滤结构，包括平均孔径为8μm、孔隙率为45％、厚度为50μm的Fe-Al固溶体合金基金属多孔过滤材料基材1及附着在过滤材料基材1孔隙表面2的厚度为6μm、平均孔径为2nm的催化剂涂层3构成，该催化剂涂层3由平均粒径均为5nm的二氧化钛和二氧化锰活性颗粒4混合堆积而成。所得过滤结构的结构与图1所示类似，其平均孔径为2μm，孔隙率为36％，厚度为50μm，当被用于室内空气净化时，过滤效率和催化降解效率均在90％以上，使用6月后的过滤精度仍在85％以上，且催化剂涂层3未有任何脱落现象。
上述实施例1-3中将活性颗粒负载在过滤材料基材上的方法采用现有技术中的方法即可，例如直接负载和原位生长。直接负载即是将活性颗粒分散于粘结剂溶剂中，通过喷涂活性颗粒的粘接剂溶液或将过滤材料基材浸渍于活性颗粒的粘结剂溶液中，从而使活性颗粒沉积在过滤材料基材的表面并相互堆积形成二次孔隙。原位生长即是以过滤材料基材为活性颗粒的成核位点，通过将过滤材料基材浸渍于生成活性颗粒的原料溶液中从而使过滤材料基材的孔隙表面原位生成活性颗粒。上述两种方法中优选采用第二种方法，由该方法得到的对甲醛具有催化降解功能的过滤结构中过滤材料基材于催化剂涂层的结合力强，催化剂涂层不易脱落，使用寿命更长。
将实施例1-3所得的对甲醛具有催化降解功能的过滤结构裁剪、折叠为平板型、圆筒型或其他形状的过滤元件，可以但不仅限于采用以下两种方式。一种是将两张不同孔径的过滤结构制成两级过滤元件，平均孔径较大的第一级过滤结构先与待过滤物接触，截留住较大的颗粒物，然后较小的颗粒物被第二级过滤结构截留。另外一种是将两种不同孔径的过滤材料基材叠加轧制，然后再采用上述方法附着催化剂涂层，然后制成过滤元件，平均孔径较大的一侧先与待过滤物接触，截留住较大的颗粒物，然后较小的颗粒物被另一侧截留。