一种可净化空气的加热器的制作方法

本实用新型属于多功能采暖设备领域，涉及一种可净化空气的加热器，尤其涉及一种可不经过吸附、直接高温催化降解空气中甲醛、苯等有害TVOC成分的加热器。

背景技术：

目前，市场上解决室内总挥发性有机物(Total Volatile Organic Compounds，TVOC)的方法和产品很少。大部分采用了“吸附”的方式，即通过活性炭等大比表面积材料，将TVOC吸附到固体材料内部，达到改善室内空气质量的效果。这类产品价格低廉，使用方便，在很多新装修家庭中尤其受欢迎。但这种方法普遍存在吸附效果差，吸附材料饱和快，吸附量少等问题。普通活性炭在使用1个月后往往就不能再吸附任何有害气体。而且吸附到多孔材料表面的TVOC也有一定几率重新脱附回到空气中，且这一效应随着室温的增加而加速，并不适合在加热器上使用。

此外，光触媒也是一种常见的解决方案。将光触媒材料涂覆在墙面上，在有光照的条件下，可以分解有机分子。但光触媒工作的基本要求是紫外光，而不是我们日常生活中的可见光或红外光。紫外光对动植物和人体有着明显的伤害，且被玻璃、木材、塑料等各种材料所吸收或阻挡，实际在室内有紫外光的仅限于医院消毒时，在家庭中或办公场所无法提供安全的紫外光源。因此光触媒并不是一个真正的解决方案。

近年来还出现了“吸附-降解”复合体系方法，如专利申请CN201510317344.X“PTC加热器及含有该PTC加热器的电器”中提出将多孔吸附材料与催化剂结合，先将TVOC吸附至多孔材料表面，再进行催化降解的技术方案，以达到彻底破坏有害气体分子的效果。然而该方法并没有摆脱吸附材料，仍存在吸附速度慢、高温脱附快、结构复杂等问题，因此该方法只能被视为一过渡状态的方法。

此外，实用新型专利CN205620833U“金属PTC甲醛处理加热器”中提出采用在加热器的散热片上涂覆氧化锰的方式来促进氧化锰与甲醛的催化反应。然而，PTC加热模块为线状加热器，其加热均匀性较差，散热翅片上存在明显的温度分布差异，对催化降解的效率影响很大。并且，氧化锰是一种岩盐结构的晶体，其催化选择性比较高，但催化效率比较低，并不能有效降解甲醛、氨以外的其他VOC。因此，提供一种能够在加热房间的同时，高效催化降解TVOC，改善室内空气质量的加热器对于满足冬季室内空气质量的要求显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型提出一种可净化空气的加热器，该加热器能够在加热房间的同时，高效催化降解TVOC，达到改善室内空气质量的目的，从而更好地满足冬季室内空气质量的要求。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种可净化空气的加热器，包括：

导电油墨印刷制成的加热膜，所述加热膜的表面或背面涂覆/加载有催化剂膜层，所述催化剂膜层由贵金属和/或过渡金属的单质或氧化物以微纳米颗粒形式吸附在载体表面制成；和

强制对流单元，所述强制对流单元位于所述加热膜的任一侧或将所述加热膜安装在带有强制对流单元的支撑框架上。

作为优选，还包括散热片，所述散热片位于所述加热膜的任一侧或两侧，所述催化剂膜层涂覆/加载在散热片的表面上。

作为优选，所述导电油墨印刷制成的加热膜中，所述加热膜的基材为环氧树脂、云母、PET、硅橡胶或聚酰亚胺类型中的任一种高分子材料，所述导电油墨以碳基导电材料为主要成分，所述碳基导电材料选自石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑、乙炔黑和导电炭中的至少一种。

作为优选，所述导电油墨还包括环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂类型的高分子材料和/或聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯或聚苯胺类型的导电高分子材料。

作为优选，所述贵金属为选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。

作为优选，所述过渡金属选自Mn、Cu、Fe、Ni、Co、Sn、La、Ce、Nd、V、Zn、Y、Al的单质或氧化物中的至少一种。

作为优选，所述载体选自树脂、橡胶、陶瓷、金属和胶粘剂中的任意一种。

作为优选，所述强制对流单元为轴流风机、横流风机，或其它任何能够实现送风能力的设备。

作为优选，利用所述加热膜对其上或散热片上涂覆/加载的催化剂膜层进行高温加热，加热温度为60℃-100℃。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：

1、本实用新型所提供的加热器在工作时，空气快速流过加热膜，空气中的TVOC无需吸附、可直接在被加热膜加热到高温的催化剂微纳米颗粒处发生催化降解反应，可以显著提高催化降解的效率，减少系统结构复杂性，且无需考虑高温环境下脱附速度升高对催化降解的影响；

2、本实用新型采用的导电油墨印刷制成的加热膜如碳晶、石墨烯等为二维结构，相比于PTC加热模块，其加热均匀性和稳定性均较好，且自身面积大，更适合催化剂的直接涂覆和催化反应；

3、本实用新型采用贵金属或过渡金属单质或化合物作为催化剂，能够显著提高催化效率，且可以降解大部分TVOC成分，对改善室内空气质量有更好的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所提供的TVOC降解率示意图；

图2为本实用新型实施例2所提供的TVOC降解率示意图；

图3为本实用新型对比例1所提供的TVOC降解率示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一加热器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的又一加热器的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供了一种可净化空气的加热器，包括：

导电油墨印刷制成的加热膜，所述加热膜的表面或背面涂覆/加载有催化剂膜层，所述催化剂膜层由贵金属和/或过渡金属的单质或氧化物以微纳米颗粒形式吸附在载体表面制成；和强制对流单元，所述强制对流单元位于所述加热膜的任一侧或将所述加热膜安装在带有强制对流单元的支撑框架上。

本实施例所提供的加热器采用的导电油墨印刷制成的加热膜如碳晶、石墨烯等为二维结构，其加热均匀性和稳定性均较好，且自身面积大，更适合催化剂的直接涂覆和催化反应，同时，加热器中还设置有强制对流单元，可使空气快速流过加热膜，从而使空气中的TVOC无需吸附、直接被加热膜加热到高温的催化剂催化发生催化降解反应，可以显著提高催化降解的效率，有效降解大部分TVOC成分。

在一可选实施例中，还包括散热片，所述散热片位于所述加热膜的任一侧或两侧，所述催化剂膜层涂覆/加载在散热片的表面上。本实施例提供的加热器还可进一步包括散热片，散热片相对于加热膜的安放位置并不限定，可位于任意一侧，也可位于两侧。可以理解的是，在加热膜的其中一侧或两侧还可设置的并不局限于散热片，还可是其它能够起到散热功能的装置。进一步，催化剂膜层可直接涂覆在散热装置的表面上，也可加载在距离散热装置较近的表面处。

在一可选实施例中，利用所述加热膜对其上或散热片上涂覆/加载的催化剂膜层进行高温加热，加热温度为60℃-100℃。本实施例中优选采用红外加热的方式对加热膜上的催化剂进行加热，在强制对流装置的驱动下，空气快速流过加热膜，通过直接被与距离加热膜很近或贴覆在表面上的加热到较高温度的催化剂发生高温催化降解反应，可在瞬间完成TVOC向无害气体(如CO2和H2O)的转化。可以理解的是，加热温度可为65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或上述范围内的任意温度值，加热膜经加热传送到其表面的催化剂载体或较近的散热装置时，温度略有下降，但足够保证让催化剂在远高于室温的条件下工作，从而大幅度提高催化效率。根据化学原理，化学反应的温度每提高10℃，反应速度提高2-4倍。也就是说，在80℃下工作的催化剂，比室温20℃下催化效率提高了50-100倍。

在一可选实施例中，所述导电油墨印刷制成的加热膜中，所述加热膜的基材为环氧树脂、云母、PET(聚对苯二甲酸类塑料)、硅橡胶和聚酰亚胺类型中的任一种高分子材料，所述导电油墨以碳基导电材料为主要成分，所述碳基导电材料选自石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑、乙炔黑和导电炭中的至少一种。在一可选实施例中，所述导电油墨还包括环氧树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂类型的高分子材料和/或聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯或聚苯胺类型的导电高分子材料。

上述实施例中具体限定了加热膜的基材可选用的高分子材料类型以及导电油墨的构成形式及导电油墨中使用的碳基导电材料的可用类型，由上述所列举的各材料类型的材料制作得到的加热膜均可满足本实用新型实施例所提供的加热器中使用的加热膜的条件需要，但并不局限于上述所列举的，各种材料的使用以及导电油墨的具体构成均是本领域技术人员可根据实际情况调整并合理替换的。

在一可选实施例中，所述贵金属为选自Pt、Rh、Pd、Au和Ag中的至少一种。在一可选实施例中，所述过渡金属选自Mn、Cu、Fe、Ni、Co、Sn、La、Ce、Nd、V、Zn、Y、Al的单质或氧化物中的至少一种。在一可选实施例中，所述载体选自树脂、橡胶、陶瓷、金属和胶粘剂中的任意一种。

上述实施例中列举了所选择的贵金属、过渡金属以及载体的可选择种类，需要说明的是，由上述所列举的组分所制备得到的催化剂均可满足本实用新型实施例所提供的加热器中使用的催化剂的需要，但并不局限于上述所列举的，本领域技术人员可根据实际情况调整并合理替换。

在一可选实施例中，所述强制对流单元为轴流风机、横流风机，或其它任何能够实现送风能力的设备。本实施例所提供的加热器中还设置有强制对流单元，经试验证明，设置强制对流装置可显著提高空气对流速度和TVOC降解速率，为一必不可少的关键结构。可以理解的是，强制对流单元的种类、以及安放位置并没有具体限定，只要是能够实现送能功能的设置即可，其所提供的风量也无需具体限定，只要能够让空气快速流过加热膜即可。

为了更清楚详细地介绍本实用新型实施例所提供的可净化空气的加热器，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

选用一种“石墨烯-聚氨酯油墨”，在其中加入PEDOT:PSS类导电高分子，采用丝网印刷技术，制备得到加热膜；将尺寸在0.1-10μm的复合型催化剂颗粒加载在块状多孔陶瓷上，该催化剂由贵金属Pd含量为0.3％，过渡金属氧化物MnO2含量为1.5％组成；在一多功能加热器中，在加热膜背面附近安装上多孔陶瓷块；启动加热膜，保持加热膜温度为65℃，在加热膜红外照射下，陶瓷载体温度为60℃；采用风量为40m³/hr的轴流风机送风，可以同时实现加热房间和净化空气的作用。保持工作状态10小时，过程中每1小时采集空气样品，按照GB/T 18801-2002的要求对空气中甲醛含量进行测试，TVOC降解率曲线如图1所示，在10小时内，TVOC浓度降低了90％，随着加热器持续使用，最终将达到室内TVOC保持在极低浓度下的效果。

实施例2

如图4所示，在“炭黑-石墨-丙烯酸树脂”导电油墨印刷的环氧树脂基材加热膜1背面涂一层耐高温树脂，将纳米银催化剂(颗粒分布10-1000nm)2与载体颗粒涂覆在树脂表面，形成大面积粗糙表面的催化剂涂层；将这种带催化剂的加热膜安装在带有强制对流单元(横流送风机)的框架上，形成超薄结构的多功能加热器。室温20℃下启动加热膜，控制表面温度从20℃到100℃，采用风量为120m³/hr的风机送风。根据GB/T 18801-2002的要求进行测试，在不同温度下稳定1小时后测量甲醛和苯类TVOC降解率，数据如图2所示，随着温度的升高，TVOC的降解速度越来越快。在低于50℃条件下，催化剂活性较低，TVOC降解效果差，即使在较长时间下工作，也不能满足净化空气的要求。而在60-100℃内催化剂均有着很好的催化效果，降解速率较快，能够满足室内空气净化的要求，且温度在一般室内加热器的范围内。而当超过100℃时，虽然TVOC降解速度还有可能升高，但整体安全性和可靠性会下降，反而不利于产品的正常使用。

实施例3

如图5所示，选择碳纳米管添加的碳晶类导电油墨，通过凹版印刷技术得到聚酰亚胺基材加热膜1，将若干T型金属散热片3采用导热硅脂粘贴在加热膜两面，得到大散热面积的加热器；把微米级Fe2O3颗粒2附着在高温陶瓷片表面，在高温下灼烧活化后，将若干片上述负载了铁基催化剂的陶瓷片贴在金属散热片表面；将强制对流单元(鼓风机)出风口对准散热片，在80m³/hr的风量下进行吹风；启动加热膜，保持温度90℃，散热片温度75℃，保持12小时后，测量TVOC浓度，可发现综合降解率超过90％。

对比例1

采用实施例1中所述的加热器和催化剂系统，不同之处在于关闭轴流风机，仅存在加热引起的自然对流；实验启动时TVOC气体浓度保持不变；同样在10小时内测量TVOC气体浓度比例，数据如图3所示，即使在较长时间的范围内，TVOC浓度变化很小，说明催化剂接触到的TVOC气体很少，没有达到净化空气的效果。

由其可看出，在加热器中设置强制对流装置可显著提高空气对流速度和TVOC降解速率，是本发明中必不可少的关键结构。