本发明涉及环境催化技术领域，具体涉及一种瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材及其制备方法和应用。
背景技术：
在新风系统和空气净化器中，空气的换气量是十分重要的参数，众多因素影响空气换气量的变化，其中影响最大的是过滤网。过滤网上装填有去除污染物的催化剂，是新风系统和空气净化器中去除空气污染物的利器。过滤网上的孔隙率直接影响去除污染物的性能和空气经过时的压降。孔隙率太大，空气通过时的压降虽小，但会降低过滤网去除污染物的性能。孔隙率很小，去除空气污染物的能力加强，但空气经过过滤网时的压降太大，空气的换气量上不去。所以要求过滤网达到既要高效处理空气污染物，又要求空气通过过滤网时，压降小，通量大，因此过滤网的设计十分重要。
常见的过滤网是由3毫米左右的催化剂微球直接填充在塑料多孔板上，或直接将催化剂粉体粘接在纤维网上，空气通过这样的过滤网，空气阻力较大。为了降低气体通过滤网的压降，在动力车辆的尾气处理中，广泛采用蜂窝陶瓷。
蜂窝陶瓷是由陶瓷构建的多孔材料，毫米级小孔呈蜂窝状密布。蜂窝陶瓷是通过特殊的挤压设备制备的多孔陶瓷，是由菁青石等无机粉体在高温下烧结而成。人们为了获得高机械强度、高孔隙率和低膨胀系数的堇青石，采取了各种方法。cn1827217采用一定规格的氧化铝微粉、片状高岭土和黏土微粉、片状滑石微粉和熔融石英为原料制备的堇青石载体，在一定程度上提高了孔隙率降低了膨胀系数。cn105503235a公布的一种外皮牢固度高、抗热震性强的蜂窝陶瓷，是采用堇青石粉末、氧化锆陶瓷纤维粉末混合于硅溶胶乳液及增稠剂，水，经过植皮、干燥等步骤，制备而成。以上述专利所公布的制备方法对传统型的蜂窝陶瓷进行了改良，使其性质在一定程度上有所提高，但由于制造复杂，其成本自然不低，且由于高温烧结，比表面积很小，实际应用时，仍要对其表面进行修饰，才能较好地负载催化剂。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材及其制备方法和应用，解决目前的空气净化芯材净化效率低，制造工艺复杂，成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据过滤网的厚度和网框的大小对瓦楞纸进行裁切，将裁切后的瓦楞纸通过涂覆粘结剂层叠形成蜂窝状方块，得到蜂窝纸芯；
(2)将蜂窝纸芯置于水性浸涂液中浸泡10～30min，取出晒干后，得到改性蜂窝纸芯，其中，所述水性浸涂液含有丙烯酸树脂、六甲氧甲基三聚氰胺和纳米无机氧化物；
(3)将改性蜂窝纸芯浸入含有催化剂和溶胶的浆料中，取出烘干，将烘干后的蜂窝纸芯再次浸入含有催化剂和溶胶的浆料中，取出烘干，得到所述瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材。
本发明通过以瓦楞纸为基材，通过层层叠加组装成蜂窝状板块，再浸涂含有纳米无机氧化物水性浸涂液，得到强度较高的蜂窝状纸芯，然后浸入由溶胶配制的含有催化剂的浆料，得到了一种表面完全被无机纳米材料覆盖的蜂窝状纸芯，并且随浆料涂覆上去的催化剂材料使得该蜂窝状纸芯具有催化氧化甲醛等有机污染物的功能，制备得到对空气具有净化作用的蜂窝状芯材。本发明的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材以瓦楞纸作为基材，大大降低成本，且能够在常温常压下，催化氧化去除如甲醛、芳烃、丙酮等挥发性有机污染物，在空气净化器和新风系统中具有广阔的应用前景。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述水性浸涂液中丙烯酸树脂、六甲氧甲基三聚氰胺和纳米无机氧化物的质量比为1:0.18:0.1，所述水性浸涂液中丙烯酸树脂和六甲氧甲基三聚氰胺的总质量与水的质量比为1:0.25～0.35。
本发明以丙烯酸树脂为胶粘剂，六甲氧甲基三聚氰胺作为固化剂，以纳米无机氧化物作为填料，并合理调整丙烯酸树脂、六甲氧甲基三聚氰胺和纳米无机氧化物的配比，混和均匀后，强力分散得到一种高分散特性的水性浸涂液，采用该水性浸涂液对蜂窝纸芯进行表面改性，有效提高蜂窝纸芯的强度。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述纳米无机氧化物为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、硅藻土、膨润土中的至少一种。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述溶胶为二氧化硅溶胶、三氧化二铝溶胶、二氧化钛溶胶中的至少一种。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述溶胶为二氧化硅溶胶，所述二氧化硅溶胶含有正硅酸乙酯、乙醇、硝酸和水，所述二氧化硅溶胶中正硅酸乙酯、乙醇、硝酸和水的质量比为1:3.8:0.085:6.4。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述催化剂为纳米二氧化锰、纳米二氧化钛、纳米铂、纳米金、纳米银中的至少一种。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述催化剂为纳米二氧化锰。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述浆料中溶胶与催化剂的质量比为11.285:0.11～0.4。
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的优选实施方式，所述瓦楞纸的楞高为1～8mm，所述瓦楞纸的材质为牛皮纸；更优选地，所述瓦楞纸的楞高为2.5mm。
本发明还提供了根据上述方法制备得到的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材。
本发明还提供了上述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材在空气净化器和新风系统中的应用。
根据本发明制备的长为300mm，宽为200mm的蜂窝状空气净化芯材可在109min将1m3，浓度为6.81mg/m3的甲醛降解到0.09mg/m3。该蜂窝状空气净化芯材在空气净化器和新风系统中具有广阔的应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过以瓦楞纸为基材，通过层层叠加组装成蜂窝状板块，再浸涂含有纳米无机氧化物水性浸涂液，得到强度较高的蜂窝状纸芯，然后浸入由溶胶配制的含有催化剂的浆料，得到了一种表面完全被无机纳米材料覆盖的蜂窝状纸芯，并且随浆料涂覆上去的催化剂材料使得该蜂窝状纸芯具有催化氧化甲醛等有机污染物的功能，制备得到对空气具有净化作用的蜂窝状芯材。本发明的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材以瓦楞纸作为基材，大大降低成本，解决目前常见的蜂窝状过滤网成本较高，难以大面积应用的问题，且本发明能够在常温常压下，催化氧化去除如甲醛，芳烃，丙酮等挥发性有机污染物，具有风阻小，效率高的特点，在空气净化器和新风系统中具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的一种实施例，本实施例所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择材质为牛皮纸的b型瓦楞纸5张，其楞高高度为2.5～3.0mm，将其裁切为长为300mm，宽为50mm的瓦楞纸片，每片表面涂上粘接剂，并层层叠加至高为200mm，在胶粘剂的作用下，叠加成长为300mm，宽为200mm的蜂窝状方块，即为蜂窝纸芯；
(2)称取1000g丙烯酸树脂，180g六甲氧甲基三聚氰胺，100g硅藻土，350g水，充分混和，即为蜂窝纸芯的水性浸涂液；将上述蜂窝纸芯浸入该水性浸涂液中15min，取出，晒干后，即得改性蜂窝纸芯；
(3)称取1000g正硅酸乙酯和3800g乙醇充分混合，在磁力搅拌的条件下加入6400g去离子水和85g硝酸，滴加完毕后经反应混合物在28℃下，搅拌回流2小时，即为二氧化硅溶胶；称取400g纳米二氧化锰，转入到刚制备的二氧化硅溶胶中，在超声波的作用下，进行分散，即得催化剂浆料；将上述改性蜂窝纸芯浸入催化剂浆料中25min，取出，烘干后，再浸入催化剂的浆料中20min，取出，烘干，即得蜂窝状空气净化芯材。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试在一个装有风扇的1立方米密室中进行。在温度为20℃～21℃，湿度为51％～52％，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.52mg/m3，运行115min后，密室中的甲醛浓度降到0.07mg/m3。
发明人实验后发现，所述步骤(3)中的水性浸涂液中丙烯酸树脂和六甲氧甲基三聚氰胺的总质量与水的质量比控制为1:0.25～0.35也具有类似的效果。
实施例2
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的一种实施例，本实施例所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择材质为牛皮纸的c型瓦楞纸5张，其楞高高度为3.5～4.0mm，将其裁切为长为300mm，宽为50mm的瓦楞纸片，每片表面涂上粘接剂，并层层叠加至高为200mm，在胶粘剂的作用下，叠加成长为300mm，宽为200mm的蜂窝状方块，即为蜂窝纸芯；
(2)称取1000g丙烯酸树脂，180g六甲氧甲基三聚氰胺，100g硅藻土，350g水，充分混和，即为蜂窝纸芯的水性浸涂液；将上述蜂窝纸芯浸入该水性浸涂液中15min，取出，晒干后，即得改性蜂窝纸芯；
(3)称取1000g正硅酸乙酯和3800g乙醇充分混合，在磁力搅拌的条件下加入6400g去离子水和85g硝酸，滴加完毕后经反应混合物在28℃下，搅拌回流2小时，即为二氧化硅溶胶；称取300g纳米二氧化锰催化剂和20g纳米银催化剂，转入到刚制备的二氧化硅溶胶中，在超声波的作用下，进行分散，即得催化剂浆料；将上述改性蜂窝纸芯浸入催化剂浆料中25min，取出，烘干后，再浸入催化剂的浆料中20min，取出，烘干，即得蜂窝状空气净化芯材。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试在一个装有风扇的1立方米密室中进行。在温度为20℃～21℃，湿度为51％～52％，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.12mg/m3，运行135min后，密室中的甲醛浓度降到0.08mg/m3。
实施例3
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的一种实施例，本实施例所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择材质为牛皮纸的e型瓦楞纸5张，其楞高高度为1.1～1.4mm，将其裁切为长为300mm，宽为50mm的瓦楞纸片，每片表面涂上粘接剂，并层层叠加至高为200mm，在胶粘剂的作用下，叠加成长为300mm,宽为200mm的蜂窝状方块，即为蜂窝纸芯；
(2)称取1000g丙烯酸树脂，180g六甲氧甲基三聚氰胺，100g硅藻土，350g水，充分混和，即为蜂窝纸芯的水性浸涂液。将上述蜂窝纸芯浸入该水性浸涂液中15min，取出，晒干后，即得改性蜂窝纸芯；
(3)称取1000g正硅酸乙酯和3800g乙醇充分混合，在磁力搅拌的条件下加入6400g去离子水和85g硝酸，滴加完毕后经反应混合物在28℃下，搅拌回流2小时，即为二氧化硅溶胶；称取400g纳米二氧化锰，转入到刚制备的二氧化硅溶胶中，在超声波的作用下，进行分散，即得催化剂浆料；将上述改性蜂窝纸芯浸入催化剂浆料中25min，取出，烘干后，再浸入催化剂的浆料中20min，取出，烘干，即得蜂窝状空气净化芯材。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试在一个装有风扇的1立方米密室中进行。在温度为20℃～21℃，湿度为51％～52％，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.81mg/m3，运行109min后，密室中的甲醛浓度降到0.09mg/m3。
实施例4
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的一种实施例，本实施例所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择材质为牛皮纸的b型瓦楞纸5张，其楞高高度为2.5～3.0mm,将其裁切为长为300mm，宽为50mm的瓦楞纸片，每片表面涂上粘接剂，并层层叠加至高为200mm，在胶粘剂的作用下，叠加成长为300mm,宽为200mm的蜂窝状方块，即为蜂窝纸芯；
(2)称取1000g丙烯酸树脂，180g六甲氧甲基三聚氰胺，100g硅藻土，350g水，充分混和，即为蜂窝纸芯的水性浸涂液；将上述蜂窝纸芯浸入该水性浸涂液中15min，取出，晒干后，即得改性蜂窝纸芯；
(3)称取1000g正硅酸乙酯和3800g乙醇充分混合，在磁力搅拌的条件下加入6400g去离子水和85g硝酸，滴加完毕后经反应混合物在28℃下，搅拌回流2小时，即为二氧化硅溶胶；称取10g纳米铂催化剂和100g二氧化锰催化剂转入到刚制备的二氧化硅溶胶中，在超声波的作用下，进行分散，即得催化剂浆料；将上述改性蜂窝纸芯浸入催化剂浆料中25min，取出，烘干后，再浸入催化剂的浆料中20min，取出，烘干，即得蜂窝状空气净化芯材。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试在一个装有风扇的1立方米密室中进行。在温度为20℃-21℃，湿度为51％-52％，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.81mg/m3，运行109min后，密室中的甲醛浓度降到0.09mg/m3。
实施例5
作为本发明所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法的一种实施例，本实施例所述的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材的制备方法，包括以下步骤：
(1)选择材质为牛皮纸的e型瓦楞纸5张，其楞高高度为1.1～1.4mm，将其裁切为长为300mm，宽为50mm的瓦楞纸片，每片表面涂上粘接剂，并层层叠加至高为200mm，在胶粘剂的作用下，叠加成长为300mm,宽为200mm的蜂窝状方块，即为蜂窝纸芯；
(2)称取1000g丙烯酸树脂，180g六甲氧甲基三聚氰胺，100g硅藻土，350g水，充分混和，即为蜂窝纸芯的水性浸涂液；将上述蜂窝纸芯浸入该水性浸涂液中15min，取出，晒干后，即得改性蜂窝纸芯；
(3)称取1000g正硅酸乙酯和3800g乙醇充分混合，在磁力搅拌的条件下加入6400g去离子水和85g硝酸，滴加完毕后经反应混合物在28℃下，搅拌回流2小时，即为二氧化硅溶胶；称取10g纳米金催化剂和200g纳米二氧化锰催化剂，转入到刚制备的二氧化硅溶胶中，在超声波的作用下，进行分散，即得催化剂浆料；将上述改性蜂窝纸芯浸入催化剂浆料中25min，取出，烘干后，再浸入催化剂的浆料中20min，取出，烘干，即得蜂窝状空气净化芯材。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试在一个装有风扇的1立方米密室中进行。在温度为20℃～21℃，湿度为51％～52％，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.87mg/m3，运行121min后，密室中的甲醛浓度降到0.06mg/m3。
综上所述，本发明通过以瓦楞纸为基材，通过层层叠加组装成蜂窝状板块，再浸涂含有纳米无机氧化物水性浸涂液，得到强度较高的蜂窝状纸芯，然后浸入由溶胶配制的含有催化剂的浆料，得到了一种表面完全被无机纳米材料覆盖的蜂窝状纸芯，并且随浆料涂覆上去的催化剂材料使得该蜂窝状纸芯具有催化氧化甲醛等有机污染物的功能，制备得到对空气具有净化作用的蜂窝状芯材。本发明的瓦楞纸蜂窝状空气净化芯材以瓦楞纸作为基材，大大降低成本，解决目前常见的蜂窝状过滤网成本较高，难以大面积应用的问题，且本发明能够在常温常压下，催化氧化去除如甲醛，芳烃，丙酮等挥发性有机污染物，具有风阻小，效率高的特点，在空气净化器和新风系统中具有广阔的应用前景。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。