CN107081010B - 一种气体过滤材料的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气体过滤材料的制作方法，通过将具有吸水性的纤维浸泡到电解后呈弱碱性的铜离子溶液，并将浸泡后纤维干燥到预置湿度方式作成气体过滤材料，使得该气体过滤材料及使用该气体过滤材料作出的气体过滤设备不但能够过滤微米级的PM2.5的颗粒物，而且可以过滤PM2.5颗粒物表面附着的化学污染物、附着的带正电或负电的微生物菌。通过气体过滤材料中的弱碱性铜离子溶液吸收过滤气体中的带正电价位和带负电价位的化学物或者微生物菌，不但可以过滤气体气而且可以对气体有抑菌作用，尤其雾霾天气可以用来净化空气。

Description

一种气体过滤材料的制作方法
技术领域
本发明涉及如何分离空气污染物技术领域，尤其涉及一种气体过滤材料及其制作方法和一种气体过滤设备。
背景技术
雾霾是指各种源排放的污染物，气体和颗粒物，在特定的大气流场条件下，经过一系列物理化学过程形成的细粒子。这些细粒子在白天与水汽相互作用导致大气消光，形成雾霾现象。雾霾中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～100微米的粒子，PM2.5是指空气动力学直径小于或者等于2.5微米的大气颗粒物的总称，学名为大气细粒子，直接排放导致的PM2.5比较少，一般以排放源一次排放的气体通过物理和光化学过程生成的二次粒子为主。对京津冀地区的PM2.5排放源进行分析，燃煤，机动车尾气，餐饮油烟，工业空污排放等是PM2.5产生的主因。PM2.5颗粒的比表面积较大，其表面容易附着各种污染物，不利于人体健康。
有研究学者称，在北京地区大量的机动车排放是造成氮氧化物NOx大气浓度上升的原因，也是硝酸盐同步上升的原因之一。白天生成的硝酸盐夜间在硫酸盐的作用下向致癌物亚硝酸盐转化。另有研究学者称，农业种植过量使用尿素碳酰胺，尿素在土壤中分解成为氨氮，氨氮再转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐再转化成硝酸盐等。夏天土壤温度高，在微生物作用下，尿素在5-34小时转化成氨氮，在数天时间内，氨氮转化成亚硝酸盐并继续转化成硝酸盐。冬天温度低，许多微生物都休眠，尿素转化成氨氮，氨氮转化成亚硝酸盐，但亚硝酸盐在低温时转化成硝酸盐非常缓慢，一般要历经数星期甚至2-3个月时间。因此，冬天土壤里会囤积大量的亚硝酸盐。此外，亚硝酸盐和硝酸盐另一个来源是农作物在耕地里的腐坏，微生物将腐坏的农作物自硝酸盐转化成为亚硝酸盐。
白天日照后，部分氨离子，亚硝酸根，硝酸根和水一起蒸发或气化，吸附在微小水珠及颗粒物的表面上。人体若从消化***吸入亚硝烟根和硝烟根，自有一套机理排出体外。世卫组织WHO认为亚硝酸盐若食用是可能的致癌物Group 2A。
PM2.5的颗粒物本身可以是氧化物、碳颗粒或尘土。虽然列为可入肺颗粒，会造成过敏和气喘，但吸附在颗粒物表面上的亚硝酸根和其它污染物，多为致癌物质和基因毒性诱发物质，危害极大。特别是冬季人体感冒容易诱发支气管炎。
一般采用过滤的方式消除PM2.5颗粒，虽然传统的过滤材料虽然可以用孔径小的材料来过滤2.5微米颗粒物，但是，PM2.5的颗粒物上附着的亚硝酸根，硝酸根，硫酸根等可能被蒸发，这些污染物可以直接自颗粒物载体表面剥离蒸发，穿过传统的过滤材料，PM2.5的颗粒物上附着的带正电或负电的微生物菌等也可以穿过传统的过滤材料，因此，提供一种怎样的过滤方式或者过滤材料，使其既可以过滤微米级的PM2.5的颗粒物，又可以过滤PM2.5颗粒物表面附着的化学污染物、附着的带正电或负电的微生物菌成为要解决的技术问题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种气体过滤材料及其制作方法和一种气体过滤设备，使其既可以过滤微米级的PM2.5的颗粒物，又可以过滤PM2.5颗粒物表面附着的化学污染物、附着的带正电或负电的微生物菌。
于是，本发明提供了一种气体过滤材料，包括：具有吸水性的纤维、以及用于浸泡所述纤维并当纤维干燥到预置湿度下保留在所述纤维上的溶液，该溶液为电解后的呈弱碱性的铜离子溶液。
其中，所述铜离子溶液中还可以添加酸，氯化氢或硫酸，以维持电解后其弱碱值，铜离子溶液主要成分包括氢氧化铜、碳酸铜、氢离子加水分子、氢氧离子加水分子。
所述溶液中的离子和水分子沿着所述纤维纹路形成串形区域或者在纤维上形成小块区域，串形区域或者小块区域包含有： Cu(OH)2 .nH2O、 Cu(OH).nH2O、CuCO3 .nH2O、H3O+、OH-.H2O。
所述纤维为棉质或棉质和尼龙混纺。
本发明还提供了一种气体过滤材料的制作方法，包括：
制备电解后呈弱碱性的铜离子溶液，并将具有吸水性的纤维浸泡到所述溶液中，取出所述纤维并将其干燥到预置湿度；
其中，所述电解后呈弱碱性的铜离子溶液的制备方法包括：
将铜材质为主的两根金属管分别连接到电源的正极和负极，用水泵将水桶中的水输送到两根金属管之间，之后使电解的水回流到水桶中，不断往复，直至水桶中的铜离子溶液超过预置浓度值；
将所述水桶中的铜离子溶液调整成为弱碱性铜离子溶液。
其中，所述纤维在所述溶液中浸泡，溶液中的离子和水分子沿着纤维纹路形成串形区域或者在纤维上形成小块区域，串形区域或者小块区域包含有：Cu(OH)2 .nH2O、Cu(OH).nH2O、CuCO3 .nH2O、H3O+、OH-.H2O。
往所述铜离子溶液中添加酸，氯化氢或硫酸，将所述铜离子溶液调整成为弱碱性铜离子溶液。
所述纤维在所述溶液中浸泡，溶液中的离子和水分子沿着纤维纹路形成串形区域或者在纤维上形成小块区域，其包含有：Cu(OH)2 .nH2O、Cu(OH).nH2O、CuCO3 .nH2O、H3O+、OH- .H2O。
本发明还提供了一种气体过滤设备，由具有防护及保湿功能的塑料袋包饶，去掉塑料袋后，根据气体过滤走向从外层到内层依次包括：用于过滤气体中粉尘及固形物的细目数材料的第一滤材、使用上述权利要求1-5任意一项所述过滤材料做成的第二滤材、及用于防护第二滤材表面物质脱落的第三滤材。
本发明所述一种气体过滤材料及其制作方法和一种气体过滤设备，通过将具有吸水性的纤维浸泡到电解后呈弱碱性的铜离子溶液，并将浸泡后纤维干燥到预置湿度方式作成气体过滤材料，使得该气体过滤材料及使用该气体过滤材料作出的气体过滤设备不但能够过滤微米级的PM2.5的颗粒物，而且可以过滤PM2.5颗粒物表面附着的化学污染物、附着的带正电或负电的微生物菌。通过气体过滤材料中的弱碱性铜离子溶液吸收过滤气体中的带正电价位和带负电价位的化学物或者微生物菌，不但可以过滤气体气而且可以对气体有抑菌作用，尤其雾霾天气可以用来净化空气。
附图说明
图1为本发明实施例所述气体过滤材料制作方法中所用设备结构示意图；
图2为本发明实施例所述气体过滤设备结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供了一***10用于电解金属物以产生所需要的金属离子溶液。金属管11和金属管12分别接电源13的正极和负极，金属管11和12材料以铜为主。水桶14内装适量的清水，水泵15输送水桶14内的水，经过金属管11和金属管12之间时被电解，然后流回到水桶14内。如此不断的电解循环作业使水桶14内的铜离子溶液超过一浓度后，停止水泵15作业。在电解过程中，部分氢离子会形成氢气流失使电解液逐渐偏碱。电解后的溶液调整成为弱碱性的铜离子溶液，例如添加酸，少许的氯化氢或硫酸，使水桶14内溶液的pH值维持在弱碱值，优选的范围是7至8之间。此调整后的溶液颜色呈蓝色，其主要成分有氢氧化铜、碳酸铜、氢离子加水分子、氢氧离子加水分子。碳酸铜的来源主要有：电解液中若有溶解的二氧化碳，经电解后成为碳酸，或若电解液中有碳酸钙经电解后成为碳酸。若原始电解液里没有碳酸，电解产生的氢氧化铜，部分会逐渐地和空气的二氧化碳反应转变成为碳酸铜。此调整后的溶液将成为生产气体过滤材料的主要成分。
气体过滤材料选择为纤维，纤维本身可以是棉质或棉质和尼龙混纺，具有吸水性。纤维材料浸泡在上述的调整后的溶液中，纤维材料被染成蓝色。取出后用风吹干到此纤维材料保持在预置湿度，这里湿度是指纤维里的含水量，即，湿度值的定义是湿的染色纤维重量减去干燥的染色纤维重量，然后除以湿的染色纤维重量。若纤维吸水性强，湿度值可以在40-90%，比较适合此处过滤纤维材料的选择。所以此纤维材料看起来像干的，摸起来是湿的。溶液内的各种离子和水分子，他们沿着纤维的纹路成串地形成串形区域，或在纤维上形成小块区域，串形区域或者小块区域包括有：氢氧化铜(II)加水分子Cu(OH)2 .nH2O，氢氧化铜(I)加水分子Cu(OH).nH2O，碳酸铜加水分子CuCO3 .nH2O，氢离子加水分子H3O+，氢氧离子加水分子OH-.H2O等。
以此浸泡处理过有湿度的纤维材料做为过滤材料，可以用来吸收过滤多种的带正负电价位的化学物。例如，雾霾中含铵根正离子NH4+，进入此过滤材料后，可以和氢氧根或碳酸根相反应，形成氨气和水；氨气挥发掉而水被纤维吸收。若雾霾中含钙离子或其它金属离子，和此过滤材料上的氢氧离子相反应，形成氢氧化物附着在其纤维上。若雾霾中含硫化氢，和此过滤材料相遇后，硫离子被氧化形成二氧化硫，被铜离子附着在纤维上，或直接以硫化铜方式吸附在纤维上。若雾霾中含硝酸根，硫酸根等，将和此过滤材料上的铜离子相反应，形成硝酸铜和硫酸铜，吸附着在纤维上。若雾霾中含亚硝酸根，此过滤材料上的氢离子加水分子在和亚硝酸根接触时，可把致癌物亚硝酸根转换成硝酸根，然后被铜离子吸附成硝酸铜，或直接以亚硝酸铜方式吸附在纤维上。
上述的过滤材料，其主要是以正电价铜离子金属成分为主，选择铜离子除上述的优势外，另一个优势是铜离子氧化的反应速率较慢，所以在执行上述的过滤吸附作业，能有较长的活性，等到过滤材料上的大部分水分蒸发后，过滤材料使用周期已到底，铜离子在纤维上形成结晶或被氧化成氧化铜。
以此浸泡处理过有湿度的纤维材料做为过滤材料，可以和其它传统材料组合，用于口罩或其它应用来减少气体的污染物。如图2所示的气体过滤设备20包括：最外层的包饶着的塑料袋21，第一滤材22，第二滤材23，第三滤材24。依箭头所示方向，气体从左向右流动，外层塑料袋21主要是保护及保湿，移除外层塑料袋21包装后，第一滤材22是细目数材料，将气体中大部分的粉尘及固形物过滤掉，自然第一滤材22上的目数数字越大，即孔径越小，越能达到好的固形物过滤效果。
若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有铵根正离子，铵根正离子蒸发后可以穿透第一滤材22而来到第二滤材23形成氨气和水，氨气挥发掉而水被纤维吸收，其中，第二滤材22就是上述的气体过滤材料。若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有钙离子或其它金属离子，可以穿透来到第二滤材23形成氢氧化物附着在其纤维上。若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有硫化氢，蒸发后可以穿透来到第二滤材23，硫离子或二氧化硫被铜离子附着在纤维上。若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有硝酸根，硫酸根等，蒸发后可以穿透来到第二滤材23形成硝酸铜，硫酸铜等附着在其纤维上。若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有亚硝酸根，来到第二滤材23形成亚硝酸铜或硝酸铜附着在其纤维上。若在第一滤材22上过滤掉的固形物，其表面附着有带正电或负电的微生物菌，也可以穿透第一滤材22而来到第二滤材23。第二滤材23纤维上的铜离子对大多数的微生物菌有抑菌作用。
第三滤材24基本上是保护层，减少第二滤材23表面物质的脱落。在第二滤材23上形成的固行物或氧化物，在水分子蒸发后，若固行物或氧化物剥落就由第三滤材24收集。
因此，本发明实施例所述一***10用于电解铜金属物以产生所需要铜离子浓度的电解溶液。电解后溶液调整成为弱碱性的铜离子溶液，溶液颜色呈蓝色，其主要成分有氢氧化铜、碳酸铜、氢离子加水分子、氢氧离子加水分子。纤维材料浸泡在上述的调整溶液，纤维材料被染成蓝色。取出后用风吹干到此纤维材料保持预置湿度。溶液内的各种离子和水分子，他们沿着纤维的纹路成串地形成串形区域，或在纤维上形成小块区域。电解溶液在过滤材料上的形成物包括有：氢氧化铜(II)加水分子Cu(OH)2 .nH2O，氢氧化铜(I)加水分子Cu(OH).nH2O，碳酸铜加水分子CuCO3 .nH2O，氢离子加水分子H3O+，氢氧离子加水分子OH-.H2O等。上述空气过滤材料保持在预置湿度值，用此纤维材料来吸收过滤带正负电价位的化学物，并且对空气传播的带正电或负电的微生物菌皆有抑菌作用。等到此过滤材料上的水蒸发完毕，其过滤使用的周期亦结束。
综上所述，本发明实施例所述一种气体过滤材料及其制作方法和一种气体过滤设备，通过将具有吸水性的纤维浸泡到电解后呈弱碱性的铜离子溶液，并将浸泡后纤维干燥到预置湿度方式作成气体过滤材料，使得该气体过滤材料及使用该气体过滤材料作出的气体过滤设备不但能够过滤微米级的PM2.5的颗粒物，而且可以过滤PM2.5颗粒物表面附着的化学污染物、附着的带正电或负电的微生物菌。通过气体过滤材料中的弱碱性铜离子溶液吸收过滤气体中的带正电价位和带负电价位的化学物或者微生物菌，不但可以过滤气体气而且可以对气体有抑菌作用，尤其雾霾天气可以用来净化空气。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种气体过滤材料的制作方法，其特征在于，包括：
制备电解后呈弱碱性的铜离子溶液，并将具有吸水性的纤维浸泡到所述溶液中，取出所述纤维并将其干燥到预置湿度；
其中，所述电解后呈弱碱性的铜离子溶液的制备方法包括：
将铜材质为主的两根金属管分别连接到电源的正极和负极，用水泵将水桶中的水输送到两根金属管之间，之后使电解的水回流到水桶中，不断往复，直至水桶中的铜离子溶液超过预置浓度值；
将所述水桶中的铜离子溶液调整成为弱碱性铜离子溶液。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述纤维在所述溶液中浸泡，溶液中的离子和水分子沿着纤维纹路形成串形区域或者在纤维上形成小块区域，串形区域或者小块区域包含有：Cu(OH)2 .nH2O、Cu(OH).nH2O、CuCO3 .nH2O、H3O+、OH-.H2O。
3.根据权利要求1或者2所述的制作方法，其特征在于，往所述铜离子溶液中添加酸，将所述铜离子溶液调整成为弱碱性铜离子溶液。
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