CN107803066A - 一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材 - Google Patents
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Abstract
本发明主要涉及材料科学与环保技术领域，具体涉及一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，所述滤材为五层可拼接结构，最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，中间为活性炭吸附层(5)，所述的层状结构之间的结合面是平面形、锯齿形或波浪形。通过多种材料的组合和特有的形状设计，增加空气净化效率和使用寿命，有效控制成本。
Description
技术领域
本发明涉及材料科学与环保技术领域，具体涉及一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材。
背景技术
随着国内经济的发展和工业化程度的加重，人类活动对环境的影响日益加剧，空气质量不断恶化，雾霾天气现象大范围频繁出现。雾霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的。它也能使大气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶***造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾(Dust-haze)，香港天文台称烟霞(Haze)。二氧化硫、氮氧化物、vocs以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起，让天空瞬间变得灰蒙蒙的。
雾霾天气空气中的污染物成分非常复杂，有害健康的主要是直径小于10微米的气溶胶粒子，尤其是直径小于2.5微米的污染物颗粒，即PM2.5，是重金属和多环芳烃等有毒物质的载体，若长时间吸入，就会永久粘附并沉积于上、下呼吸道和肺泡中，剧烈的咳嗽反射、药物和食物均无法把它“赶”出来，诱发肺泡弹性降低、功能衰竭、肺癌等各类呼吸***疾病且无法逆转，传统的滤材的孔隙直径过大，根本无法有效阻止微米级的粉尘颗粒。
近年来，随着人们环保和健康意识的增强，对于空气中的可吸入颗粒物污染的防护，尤其是PM2.5的防护非常重视，防雾霾产品例如空气净化器的需求也日益增加。其中，以物理净化为主要原理的空气净化器的净化效果得到人们的广泛认可，这种类型的空气净化器的核心是净化滤材的性能，制作滤布、滤网的材料成为提高空气污染物净化性能的关键之一，在某种程度上，材料的发展决定着空气净化器的净化效率的高低。目前，空气净化器滤材的主流材料通常使用聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维等化学合成纤维等。
但是，不同的吸附材料对不同污染物的吸附性能是不同的，而很少有能够同时对二氧化硫、氮氧化物、vocs以及可吸入颗粒物具有良好吸附效果的吸附材料。那么，如何更为充分地吸附空气中的污染物，成了亟需解决的难题。
发明内容
针对目前空气净化器滤材材料单一，不能充分吸附空气中的各种类型污染物的不足，本发明提供了一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，旨在通过多种材料的组合，增加空气净化效率和使用寿命，有效控制成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，为五层可拼接结构，其中：
最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，其中第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)为迎尘面，第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)为出尘面，第一层石墨烯纳米材料吸附层和第二层石墨烯纳米材料吸附层由石墨烯纳米纤维材料堆积而成，石墨烯纳米纤维直径为5-800nm，吸附层厚度为100-500μm；
靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，第三层生物材料甲壳素吸附层和第四层生物材料甲壳素吸附层皆为两层以上的多层纤维层，至少包括一层致密纤维层和一层疏松纤维层；所述致密纤维层与所述疏松纤维层间隔叠加排列；所述致密纤维层厚度为10μm-100μm，所述疏松纤维层厚度为200μm-1cm；所述致密纤维层的密度范围为500mg/立方厘米-2000mg/立方厘米，所述疏松纤维层的密度范围为10mg/立方厘米-100mg/立方厘米，所述致密纤维层以及所述疏松纤维层中的纤维均匀分散排列；
以及中间的活性炭吸附层(5)，活性炭吸附层由复合纤维网层和灭菌纤维网层组成，复合纤维网层由聚乳酸纤维皮层和聚丙烯纤维芯层复合而成，灭菌纤维网层由聚丙烯腈纤维短丝和银纤维长丝按照一定的重量比例组成，复合纤维网层上涂覆有热熔胶，连接着基布，基布上固定着活性炭粉，活性炭粉的粒径为150～200nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)的石墨烯纳米纤维直径为100-500nm，吸附层厚度为200-300μm。
该拼接型空气净化器滤材，所述的第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)的多层纤维层从上而下依次为衬纬纱层、衬经纱层、以及分别与衬经纱层纤维丝呈正45度、负45度角的第一斜向衬纱层和第二斜向衬纱层。
该拼接型空气净化器滤材，活性炭吸附层(5)的活性炭粉的粒径为180～200nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)、第三层生物材料甲壳素吸附层(3)、活性炭吸附层(5)、第四层生物材料甲壳素吸附层(4)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)之间的结合面是平面形、锯齿形或波浪形。
与现有技术比，本发明的有益效果是：
该种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材使用了生物材料甲壳素，可通过生物降解法进行自然降解，不会对环境造成污染，具有较高的环保性能，甲壳素纤维具有抗菌活性和吸湿性，能够起到杀菌和调节室内湿度的作用。
拼接型空气净化器滤材使用了纳米材料吸附层为石墨烯，对有机物尤其是VOCs有很好的吸附效果。且机械性能和物理性能较好，置于最外侧可以起到很好的保护作用。虽然材料较贵，但因为只是部分采用，降低了使用成本。
拼接型空气净化器滤材使用活性炭作为中间的主体过滤层，可以对二氧化硫和氮氧化物由很好的吸附作用。
通过上述组合材料吸附层，基本上可以对空气中的主要污染物起到全面的吸附过滤作用，也降低了总体成本。
多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，各层之间的接触面可以是平面的，也可以是锯齿形或者波浪形的，防止横向滑动，提高了接触面积。
附图说明
图1为多种材料组合的拼接型空气净化器滤材图。图中：1、第一层石墨烯纳米材料吸附层；2、第二层石墨烯纳米材料吸附层；3、第三层生物材料甲壳素吸附层；4、第四层生物材料甲壳素吸附层；5、活性炭吸附层。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，为五层可拼接结构，其中：
最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，其中第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)为迎尘面，第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)为出尘面，第一层石墨烯纳米材料吸附层和第二层石墨烯纳米材料吸附层由石墨烯纳米纤维材料堆积而成，石墨烯纳米纤维直径为200nm，吸附层厚度为200μm；
靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，第三层生物材料甲壳素吸附层和第四层生物材料甲壳素吸附层皆为两层以上的多层纤维层，至少包括一层致密纤维层和一层疏松纤维层；所述致密纤维层与所述疏松纤维层间隔叠加排列；所述致密纤维层厚度为50μm，所述疏松纤维层厚度为500μm；所述致密纤维层的密度范围为1000mg/立方厘米，所述疏松纤维层的密度范围为50mg/立方厘米，所述致密纤维层以及所述疏松纤维层中的纤维均匀分散排列；
以及中间的活性炭吸附层(5)，活性炭吸附层由复合纤维网层和灭菌纤维网层组成，复合纤维网层由聚乳酸纤维皮层和聚丙烯纤维芯层复合而成，灭菌纤维网层由聚丙烯腈纤维短丝和银纤维长丝按照一定的重量比例组成，复合纤维网层上涂覆有热熔胶，连接着基布，基布上固定着活性炭粉，活性炭粉的粒径为150nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)的石墨烯纳米纤维直径为100nm，吸附层厚度为200μm。
该拼接型空气净化器滤材，所述的第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)的多层纤维层从上而下依次为衬纬纱层、衬经纱层、以及分别与衬经纱层纤维丝呈正45度、负45度角的第一斜向衬纱层和第二斜向衬纱层。
该拼接型空气净化器滤材，活性炭吸附层(5)的活性炭粉的粒径为180nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)、第三层生物材料甲壳素吸附层(3)、活性炭吸附层(5)、第四层生物材料甲壳素吸附层(4)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)之间的结合面是锯齿形。
实施例2
一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，为五层可拼接结构，其中：
最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，其中第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)为迎尘面，第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)为出尘面，第一层石墨烯纳米材料吸附层和第二层石墨烯纳米材料吸附层由石墨烯纳米纤维材料堆积而成，石墨烯纳米纤维直径为400nm，吸附层厚度为250μm；
靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，第三层生物材料甲壳素吸附层和第四层生物材料甲壳素吸附层皆为两层以上的多层纤维层，至少包括一层致密纤维层和一层疏松纤维层；所述致密纤维层与所述疏松纤维层间隔叠加排列；所述致密纤维层厚度为60μm，所述疏松纤维层厚度为400μm；所述致密纤维层的密度范围为1200mg/立方厘米，所述疏松纤维层的密度范围为40mg/立方厘米，所述致密纤维层以及所述疏松纤维层中的纤维均匀分散排列；
以及中间的活性炭吸附层(5)，活性炭吸附层由复合纤维网层和灭菌纤维网层组成，复合纤维网层由聚乳酸纤维皮层和聚丙烯纤维芯层复合而成，灭菌纤维网层由聚丙烯腈纤维短丝和银纤维长丝按照一定的重量比例组成，复合纤维网层上涂覆有热熔胶，连接着基布，基布上固定着活性炭粉，活性炭粉的粒径为180nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)的石墨烯纳米纤维直径为300nm，吸附层厚度为300μm。
该拼接型空气净化器滤材，所述的第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)的多层纤维层从上而下依次为衬纬纱层、衬经纱层、以及分别与衬经纱层纤维丝呈正45度、负45度角的第一斜向衬纱层和第二斜向衬纱层。
该拼接型空气净化器滤材，活性炭吸附层(5)的活性炭粉的粒径为190nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)、第三层生物材料甲壳素吸附层(3)、活性炭吸附层(5)、第四层生物材料甲壳素吸附层(4)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)之间的结合面是波浪形的。
实施例3
一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，为五层可拼接结构，其中：
最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，其中第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)为迎尘面，第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)为出尘面，第一层石墨烯纳米材料吸附层和第二层石墨烯纳米材料吸附层由石墨烯纳米纤维材料堆积而成，石墨烯纳米纤维直径为800nm，吸附层厚度为500μm；
靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，第三层生物材料甲壳素吸附层和第四层生物材料甲壳素吸附层皆为两层以上的多层纤维层，至少包括一层致密纤维层和一层疏松纤维层；所述致密纤维层与所述疏松纤维层间隔叠加排列；所述致密纤维层厚度为100μm，所述疏松纤维层厚度为1cm；所述致密纤维层的密度范围为2000mg/立方厘米，所述疏松纤维层的密度范围为100mg/立方厘米，所述致密纤维层以及所述疏松纤维层中的纤维均匀分散排列；
以及中间的活性炭吸附层(5)，活性炭吸附层由复合纤维网层和灭菌纤维网层组成，复合纤维网层由聚乳酸纤维皮层和聚丙烯纤维芯层复合而成，灭菌纤维网层由聚丙烯腈纤维短丝和银纤维长丝按照一定的重量比例组成，复合纤维网层上涂覆有热熔胶，连接着基布，基布上固定着活性炭粉，活性炭粉的粒径为150nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)的石墨烯纳米纤维直径为100nm，吸附层厚度为200μm。
该拼接型空气净化器滤材，所述的第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)的多层纤维层从上而下依次为衬纬纱层、衬经纱层、以及分别与衬经纱层纤维丝呈正45度、负45度角的第一斜向衬纱层和第二斜向衬纱层。
该拼接型空气净化器滤材，活性炭吸附层(5)的活性炭粉的粒径为200nm。
该拼接型空气净化器滤材，第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)、第三层生物材料甲壳素吸附层(3)、活性炭吸附层(5)、第四层生物材料甲壳素吸附层(4)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)之间的结合面是平面形的。
经实测，实施例1-3中的空气净化器滤材对二氧化硫的过滤效率在98.2-99.3％，对氮氧化物的过滤效率在97.2-98.5％，对VOCS的过滤效率在96.0-98.3％，对PM2.5的过滤效率在99.0-99.6％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，为五层可拼接结构，其特征在于：
最外侧的两层为第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)，其中第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)为迎尘面，第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)为出尘面，第一层石墨烯纳米材料吸附层和第二层石墨烯纳米材料吸附层由石墨烯纳米纤维材料堆积而成，石墨烯纳米纤维直径为5-800nm，吸附层厚度为100-500μm；
靠内的两层为第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)，第三层生物材料甲壳素吸附层和第四层生物材料甲壳素吸附层皆为两层以上的多层纤维层，至少包括一层致密纤维层和一层疏松纤维层；所述致密纤维层与所述疏松纤维层间隔叠加排列；所述致密纤维层厚度为10μm-100μm，所述疏松纤维层厚度为200μm-1cm；所述致密纤维层的密度范围为500mg/立方厘米-2000mg/立方厘米，所述疏松纤维层的密度范围为10mg/立方厘米-100mg/立方厘米，所述致密纤维层以及所述疏松纤维层中的纤维均匀分散排列；
以及中间的活性炭吸附层(5)，活性炭吸附层由复合纤维网层和灭菌纤维网层组成，复合纤维网层由聚乳酸纤维皮层和聚丙烯纤维芯层复合而成，灭菌纤维网层由聚丙烯腈纤维短丝和银纤维长丝按照一定的重量比例组成，复合纤维网层上涂覆有热熔胶，连接着基布，基布上固定着活性炭粉，活性炭粉的粒径为150～200nm。
2.如权利要求1所述的多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，其特征在于：第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)的石墨烯纳米纤维直径为100-500nm，吸附层厚度为200-300μm。
3.如权利要求1所述的多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，其特征在于：所述的第三层生物材料甲壳素吸附层(3)和第四层生物材料甲壳素吸附层(4)的多层纤维层从上而下依次为衬纬纱层、衬经纱层、以及分别与衬经纱层纤维丝呈正45度、负45度角的第一斜向衬纱层和第二斜向衬纱层。
4.如权利要求1所述的多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，其特征在于：活性炭吸附层(5)的活性炭粉的粒径为180～200nm。
5.如权利要求1-4所述的多种材料组合的拼接型空气净化器滤材，其特征在于：第一层石墨烯纳米材料吸附层(1)、第三层生物材料甲壳素吸附层(3)、活性炭吸附层(5)、第四层生物材料甲壳素吸附层(4)和第二层石墨烯纳米材料吸附层(2)之间的结合面是平面形、锯齿形或波浪形。
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