CN104606953A - 空气净化用碳块过滤器的制造方法 - Google Patents

空气净化用碳块过滤器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的空气净化用碳块过滤器的制造方法包括如下几个步骤：(a)给过滤粒子渗入磷酸(H3PO4)；(b)对渗入磷酸的所述过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理；(c)将所述混合原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型；(d)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理；(e)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器。通过本发明技术制造出的空气净化用碳块过滤器，通过渗入有磷酸的过滤粒子，有效去除空气中含有的有害物质，并提高除臭效果。

Description

空气净化用碳块过滤器的制造方法
技术领域
本发明涉及由过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物构成的空气净化用碳块过滤器的制造方法。
背景技术
在常规技术中，主要是在用于空气净化器的活性碳过滤器内填充粒状活性碳，以完成过滤、吸附污染物质的工序。但是单纯在活性碳过滤器内填充粒状活性碳时，过滤层内所发生的沟流现象，会降低污染物质的去除效率，并因活性碳微细粒子不断流出，而导致活性碳过滤器在使用上的问题。
此外，由于在熔点以上的温度条件下，粘度低，流量大的普通聚乙烯(LDPE、HDPE)粘合剂会覆盖活性碳的表面，故无法确保块的气孔和吸附性，而利用熔点在80度以上的温度条件下，流量较好的低分子量的聚乙烯，采用挤压的方法固然可以生产过滤器，但活性碳的吸附表面积会因粘合剂的堵塞而缩小，故很难有效调节气孔，因而无法制造出高性能的过滤器。
为了完善常规技术中存在的所述问题，可利用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和粒度已得到妥善调节的粉末活性碳，按一定的比例进行烧结处理，继而生产出吸附性极其优秀的多孔性吸附过滤过滤器。这种多孔性吸附过滤过滤器被称为碳块过滤器，而最近的空气净化器用过滤过滤器的确是在被所述碳块过滤器取而代之。
尤其所述碳块过滤器因其粘合剂的特性，而采用压缩模具的生产方式，被公认为是过滤器的吸附性能和气孔的发达非常优秀的高性能碳块。通常而言，所谓的优秀块过滤器制造技术是指，在具备高吸附性的同时，还要能够有效调节块的多孔性，这就是压缩模具法的生产技术。
但在常规技术中所采用的块的气孔调节技术，是在人工调节的粒度活性碳粉末中，按照一定的比例混合掺入商业用粘合剂后，以压缩成型的方式形成气孔，因而不可能生产出高品质的碳块过滤器。这种生产模式的问题在于，不能有效成型微分活性碳，故在成型后，会从其表面脱落一些微分活性碳，继而会给碳块过滤器的商品价值大打折扣。
先行技术文献：韩国公开专利第10-2007-0028440号。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种利用过滤粒子和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物，制造出具有高吸附性能的碳块过滤器的制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
空气净化用碳块过滤器的制造方法，由如下几个阶段组成：(a)给过滤粒子渗入磷酸(H3PO4)的阶段；(b)对渗入磷酸的所述过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；(c)将所述混合原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；(d)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；(e)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
本发明中的空气净化用碳块过滤器制造方法还由如下几个阶段组成：(a)对渗入有替代剂过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；(b)将所述原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；(c)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；(d)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
本发明的有益效果是：通过本发明技术制造出的碳块过滤器，可通过渗入有磷酸的过滤粒子，有效去除空气中含有的有害物质，并提高除臭效果。
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是本发明实施例的碳块过滤器制造方法工序示意图；
图2是本发明实施例的碳块过滤器制造方法工序示意图；
图3是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图；
图4是本发明的实施例中用于制造碳块过滤器的模具示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。首先声明，用于本明细书及权利要求范围中的专业术语或词汇解释绝不可局限于通畅性或词典上的意义。发明者是为以最优先的方法解释其发明内容，而立足于合理定义专业术语概念的原则上，故只能以符合本发明技术思想的意义和概念予以解释。
因此，本明细书中记载的实施例和附图中图示的本发明结构只是最符合本发明技术的一个实施例而已，并不能完全代表本发明的技术思想，而在本专利申请期限内，还可出现可以替代本发明实施例的多种等同物和变形实例。
图1是本发明实施例的碳块过滤器制造方法工序示意图；图2是本发明实施例的碳块过滤器制造方法工序示意图；图3是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图；图4是本发明的实施例中用于制造碳块过滤器的模具示意图。下面将通过图1～图4和本发明实施例，对本发明技术中的空气净化器用碳块过滤器的制造方法进行详细说明。
本发明涉及利用过滤粒子和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)聚合物，制造具有高吸附性能的空气净化器用碳块过滤器的制造方法以及通过该方法制造出的碳块过滤器的技术。
在此，所谓的过滤粒子是指活性碳。尤其活性碳的吸附性极强，其大部分的组成物质均为碳质物质，主要是作为吸附剂，起到吸收气体或湿气的作用。在本发明技术中采用的活性碳主要是粉末活性碳(activated carbon powder)，它能有效去除空气中含有的有害物质及异味，并能有效去除挥发性有机化合物及部分重金属。
此外，本发明技术中的超高分子量聚乙烯聚合物是指超高分子量聚乙烯粘合剂，为使过滤器呈块状，而起到形成粉末活性碳连接链的粘合剂的作用，可由分子量较大的多孔质物质组成。
进一步说明就是，如图1所示，本发明的空气净化器用碳块过滤器的制造方法由如下几个阶段组成：(a)给过滤粒子渗入磷酸(H3PO4)的阶段；(b)对渗入磷酸的所述过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；(c)将所述混合原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；(d)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；(e)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
此时，未渗入磷酸的活性碳对氨的去除性能较差，而渗入磷酸的活性碳则可大大增加对氨的去除性能。
具体样态即是，本发明中的空气净化用碳块过滤器制造方法还由如下几个阶段组成：(a)对渗入有替代剂过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；(b)将所述原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；(c)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；(d)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
此时，所述替代剂可以是磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、醋酸(CH3COOH)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)及乙二胺(NH2CH2CH2NH2)中的至少一种成分。例如，可采用渗入有磷酸(H3PO4)、碳酸钾(K2CO3)及磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)的活性碳。
此外，所述过滤粒子可以是具有5～1900μm的粒度和76～96重量百分比的过滤粒子，平均粒度可以在200～650μm或250～590μm范围内，而所述超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度则可以在30～60μm、30～40μm或30μm范围内。尤其在过滤粒子的平均粒度范围在250～590μm时和超高分子量聚乙烯聚合物的平均粒度范围在30μm时，可制造出性能优秀的碳块过滤器。
此外，在所述原料的混合阶，还可追加渗入催化剂。此时，所述催化剂可以是白金(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)及铱(Ir)元素之一，且所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量可以是3,500,000～9,200,000g/mol。
此时，在所述过滤器的成型阶段是可利用4～6.5kgf/cm2的压力进行加压处理，而在所述热处理阶段，则可在20～240℃的温度条件下进行50～70分钟时间的热处理。
此外，本发明涉及通过碳块过滤器的制造方法制造出的碳块过滤器的技术。尤其所述碳块过滤器中至少可以形成一个通气孔，所述通气孔的气孔可呈圆形、六角形、四角形或梳齿形状，这取决于碳块过滤器的成型工序中所采用的模具形状。此外，所述通气孔的大小取决于所述模具的大小，比如所述气孔可以成型为9mm～30mm的大小。
此外，成型的碳块过滤器厚度可在3～30mm范围内。如此成型的气孔和碳块过滤器的大小和厚度可取决于除臭效率。
此外，通过采用所述活性碳，利用活性碳中存在的气孔，物理性地吸附空气中所含有的有害物质，以有效去除乙醛、醋酸、氨等成分。
下面将通过实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。下述实施例仅仅是本发明内容的一种示例，本发明的技术范围并不局限于下述实施例。本发明实施例仅供于同行业中拥有通常知识的人进一步了解本发明内容。
实施例1.混合工序-1
在本发明实施例中，过滤粒子是指活性碳，本发明实施例采用了具有5～1900μm粒度的活性碳(Activated carbon、KURARAY CHEMICALCO.，LTD)。此外，还采用了平均粒度在200～650μm范围内的活性碳。
首先，本发明实施例在真空条件下，将粉末类型的活性碳(Activatedcarbon、KURARAY CHEMICAL CO.，LTD)浸渍于磷酸(H3PO4、GUANGXI MINGLICHMICALS CO.，LTD)水溶液中放置3个小时后，将磷酸第一次渗入到活性碳的细孔内，并在进行一定时间的干燥处理后，通过相同的方式进行第二次渗入，制造出了对比渗入活性碳全部重量，含有10～15重量百分比碳酸钾的活性碳。
然后，按重量比为6:1:1:2的比例，均匀混合渗入有磷酸的活性碳和碳酸钙(K2CO3，大明化工药品)、磺胺酸(C6H7NO3S、BAO MING TRADINGCO.，LTD)以及具有5～600μm粒度的超高分子量聚乙烯聚合物。
此时，超高分子量聚乙烯重量体是指超高分子量聚乙烯粘合剂(TiconaEngineering)。
尤其渗入到所述活性碳中的磷酸具有去除空气中所含有的氨的作用。此外，添加剂中的碳酸钾用于去除空气所含有的醋酸，而磺胺酸则用于去除空气所含有的乙醛。
此外，为了提高反应性，还追加掺入了白金用作催化剂。
在混合工序中，利用搅拌器进行了14～16分钟时间的混合处理，并将搅拌器的搅拌速度调为220～235RPM。
在此，所述超高分子量聚乙烯粘合剂采用了泰科纳公司(Ticona)的产品，并采用了如下表1中的商业用产品GUR 2126、GUR 2122、GUR 4050-3、GUR4120、GUR 4022及GUR 4022-6。
【表1】
所述超高分子量聚乙烯粘合剂的固有特性如下表2所示。
【表2】
实施例2.混合工序-2
在本发明实施例中，按照所定比例对渗入有替代剂的过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行了混合处理。
此时，过滤粒子可以是指粉末活性碳，而超高分子量聚乙烯聚合物则可以是指超高分子量聚乙烯粘合剂。所述超高分子量聚乙烯粘合剂采用了于实施例1相同的产品。
进一步说明就是，本发明实施例从OSAKA GAS购买了渗入有磷酸(H3PO4)、碳酸钙(K2CO3)、苯胺磺酸(C6H7NO3S)三种活性碳，并与聚乙烯粘合剂进行了混合处理。
此时，所述活性碳是渗入有替代剂的活性碳，利用渗入有碳酸钾的活性碳和渗入有磷酸的活性碳以及渗入有苯胺磺酸的活性碳，以4.2:1.7:1.7:1.6的比例，与超高分子量聚乙烯粘合剂进行了均匀混合处理。
实施例3.过滤器成型工序
图3是通过本发明实施例制造出的碳块过滤器示意图。在这道工序中，利用以适当的比例混合所述各种主原料及副原料而成的混合原料，制成如图3中所示的形成通气孔的板状碳块过滤器。
本工序将在如图4中的所示的铝模具上均匀混合的混合原料装入容器中，并利用精密电子秤确认精确的量后，在所述模具的内部填充了混合原料。
然后，利用压力机从上方向下挤压导向环，使所述导向环以4～6.5kgf/cm2的压力对混合原料施加压力，制成碳块过滤器。
最后，在不拆分模具的状态下，将成型的碳块过滤器是移到热处理炉，以待进行热处理作业。
实施例4.热处理及拆分工序
热处理工序是在能够同时热处理数百个过滤器的电炉中，且在220～240℃或130～200℃的温度条件下进行了10～60分钟时间的热处理。此外，在将所述模具向外拽出后，利用冷风对模具进行约1个小时的冷却处理。
在对所述模具进行冷却处理后，利用另外准备的夹具，拆分外部的模具和内部磁芯，并向外拽出，制成了如图3中所示的碳块过滤器。此外，根据所使用的空气净化器的大小，对通过所述方法制造出的碳块过滤器进行了切割处理。
实施例1.碳块过滤器的除臭效率
将根据本发明技术制造出的碳块过滤器安装于空气净化器上，并对通过该空气净化器的空气进行了除臭率的测量。此外，又对未安装本发明中的碳块过滤器的常用空气净化器进行了除臭率的测量。
所述测量值如下表3所示。
【表3】
去除物质 碳块过滤器安装前 碳块过滤器安装后
乙醛(CH3CHO) 80～90％ 90～95％
醋酸(CH3COOH) 90～98％ 95～100％
氨(NH3) 80～98％ 90～100％
所述产品除臭率是由Coway R&D center、OSAKA GAS R&D center依据韩国空气净化器协会的检查规格(SPS-KACA002-132)、日本家用空气净化器的检查规格(JEM 1467)进行测试的除臭率。
如上表3所示，内设有本发明中碳块过滤器的空气净化器的除臭效率远高于未设有本发明碳块过滤器的空气净化器。
也就是说，根据本发明技术，通过含浸于活性碳中的添加剂，可有效去除空气中所含有的有害物质，且其除臭效率也非常高。

Claims (11)

1.空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(a)平均粒度在200～650μm范围内的76～96重量百分比的过滤粒子渗入磷酸(H3PO4)的阶段；
(b)对渗入磷酸的所述过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；
(c)将所述混合原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；
(d)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；
(e)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
2.根据权利要求1所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(a)对渗入有替代剂，且平均粒度在200～650μm范围内的76～96重量百分比的过滤粒子和超高分子量聚乙烯聚合物进行混合处理的阶段；
(b)将所述原料填充到***有内部磁芯的模具内，然后对压力机的导向环进行加压处理，继而使所述导向环对混合原料进行加压处理，以使过滤器成型的阶段；
(c)在不提取在所述模具中成型的过滤器的状态下，在热处理炉中进行热处理的阶段；
(d)分别拆分所述热处理的模具和所述磁芯，并从模具中提取碳块过滤器的阶段。
3.根据权利要求2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述替代剂可以是磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、醋酸(CH3COOH)、碳酸钾(K2CO3)、氢氧化钾(KOH)、磺胺酸(C6H4(NH2)SO3H)及乙二胺(NH2CH2CH2NH2)中的至少一种成分。
4.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯聚合物具有5～600μm的粒度和4～34重量百分比以及平均粒度在30～60μm范围内。
5.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：在所述混合的阶段，还应增加添加催化剂的阶段。
6.根据权利要求5所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述催化剂可以是白金(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、锇(Os)及铱(Ir)元素之一。
7.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述超高分子量聚乙烯聚合物的分子量为3,500,000～9,200,000g/mol。
8.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：在所述过滤器的成型阶段是可利用4～6.5kgf/cm2的压力进行加压处理。
9.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：在所述热处理阶段，可在220～260℃的温度条件下进行50～70分钟时间的热处理。
10.根据权利要求1或2所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述空气净化用碳块过滤器厚度为3～30mm。
11.根据权利要求10所述的空气净化用碳块过滤器的制造方法，其特征在于：所述碳块过滤器上形成有多个气孔，所述气孔的直径为9～30mm。
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