CN109126446A - 以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，包括下列步骤：将多孔纸张制成蜂窝状纸芯；经浸涂水性涂料后，自然固化得到加固蜂窝状纸芯；浸涂分子筛浆料，自然固化，得到涂覆有分子筛层的蜂窝状纸芯；经浸渍催化剂前驱体后，原位沉淀或原位还原在分子筛层表面形成催化剂结构，即得蜂窝状空气净化过滤网。本发明以纸张为基材，通过组装构建成以纸为核，分子筛负载催化剂层为壳的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网，可用于空气净化领域，空气净化效果好，特别是除甲醛等有机挥发物的净化效率高。

Description

以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法
技术领域
本发明涉及空气催化净化技术领域，特别涉及以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法。
背景技术
蜂窝状材料是现代工业中的常见材料，以高效和安装简易的优点在现代工业中得到广泛应用。如机动车尾气处理的蜂窝状陶瓷、废水处理中蜂窝状填料等，因为材质和制备工艺复杂等因素，其制造成本自然不低。另外，虽然蜂窝状填料的结构模式多样，但主要材质是金属和陶瓷，其造价自然不低；对于操作条件温和的反应器，如在常温常压下运行的空气净化器或新风***，选用金属蜂窝材料或陶瓷蜂窝材料，都会导致制造成本偏高。通常将催化剂颗粒物装入惰性的网格中，组装成过滤网，而这样的填装容易导致空气流动时的压降太大，从而影响空气换气量，导致运行时的能耗偏高，蜂窝状过滤网是较理想构件。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，以纸张为基材，通过组装构建成以纸为核，分子筛负载催化剂层为壳的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网，可用于空气净化领域，空气净化效果好，特别是除甲醛等有机挥发物的净化效率高。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，包括下列步骤：将多孔纸张制成蜂窝状纸芯；经浸涂水性涂料后，自然固化得到加固蜂窝状纸芯；浸涂分子筛浆料，自然固化，得到涂覆有分子筛层的蜂窝状纸芯；经浸渍催化剂前驱体后，原位沉淀或原位还原在分子筛层表面形成催化剂结构，得到可去除挥发性有机物的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
优选地，所述的多孔纸张为在纸张上打孔而形成的孔径为1-2毫米、孔密度为40-180个/平方米的纸张。纸张选择强度较高的纸张，小孔是为了促进空气在蜂窝状纸芯里形成喘流，增加空气在过滤网中的停留时间，同时也为后续的分子筛浆料更好地挂在纸壁上创造条件。纸张为强度较高的纸张、抗撕裂能力较强的纸张，其中优选牛皮纸。
优选地，所述的蜂窝状纸芯采用如下任意一种方式制作而成：
第一种方式是：先将多孔纸张制成孔径为1-8毫米的纸管，再有序堆积，并用胶粘剂粘接成蜂窝状纸芯；
第二种方式是：先将多孔纸张挤压制成波纹状纸张，波纹高在2-8毫米，用两张未挤压的纸夹住波纹状纸，在胶粘剂的粘接下，粘接构建成波纹板，波纹板再叠加粘接成蜂窝状纸芯，然后剪切成所需大小的蜂窝状纸芯；
第三种方式是：先在多孔纸张上面，按间距1-8毫米有序地铺放厚为3-8毫米的纸条，粘接后，再铺放另一多孔纸张，粘接后，构建成多孔板，再叠加成蜂窝状纸芯。
优选地，所述的水性涂料为包含硅丙树脂、固化剂、填料的双组分水性涂料，常温固化，填料选用无机粉体硅藻土、高岭土、钛白粉、玻璃粉、微硅粉中的一种或多种，加强其结构强度。未经处理的蜂窝状纸芯没有足够的机械强度，并且耐水性差，难以承受后续的涂布分子筛和负载催化剂等过程，所以必须要加固。采用浸涂水性涂料的方式，在纸张上涂上高分子漆膜，加固蜂窝骨架结构。
优选地，其特征在于，所述的分子筛浆料包括硅溶胶与沸石分子筛、13X分子筛、Y分子筛、ZSM-5分子筛、5A分子筛中的一种或多种混合而成。蜂窝状纸芯虽可大幅度地降低空气流动时的压降，但无法提供大比表面积和微孔结构，所以需在其表面涂覆具有特殊孔结构的沸石分子筛。沸石分子筛是一类具有规则微孔结构的硅铝酸盐晶体，其具有均一的、规则的、具有特定的空间走向的结晶孔道***和较大的比表面积。分子筛的晶孔内有强大的库仑场起到极化作用，这些特性使它成为性能优异的催化剂或催化剂载体。通过胶粘剂的作用，将13X分子筛、Y分子筛、ZSM-5分子筛、5A分子筛等分子筛引到蜂窝状纸芯的表面，为后续的催化剂负载创造条件。
优选地，所述的催化剂前驱体为高锰酸盐、氯铂酸或氯金酸中一种或几种。
优选地，所述的原位沉淀包括如下过程：采用高锰酸盐浸渍已覆盖分子筛的蜂窝状纸芯，再加入二价锰盐溶液，原位反应生成活性二氧化锰沉淀附着在分子筛的表面。
优选地，所述的原位还原包括如下过程：采用氯铂酸或氯金酸水溶液浸渍已覆盖分子筛的蜂窝状纸芯，采用硼氢化钠或硼氢化钾或肼还原剂中一种或多种加入到浸渍液中，还原剂与氯铂酸根或氯金酸根反应生成纳米铂或纳米金附着在分子筛表面。
室内空气污染物的种类很多，但常见，且难降解的是甲醛等挥发性有机物。常采用吸附的方法来去除甲醛类有机污染物，但吸附易饱和，如不及时更换，就会成为新的污染源，所以催化氧化去除的方法是不可替代的方法。大量的研究表明，二氧化锰是合适的催化剂，贵金属铂、金也具有很好的催化活性，当然贵金属催化剂的成本太高。通过原位沉淀或原位还原，引入催化剂活性组分，负载在分子筛表面。
优选地，所述的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网可应用于空气净化器或新风***中。
前述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法制备而得的蜂窝状空气净化过滤网。
与现有技术相比，本发明以纸张为基材，通过组装构建成以纸为核，分子筛负载催化剂层为壳的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网，可用于空气净化领域。空气净化效果好，特别是除甲醛等有机挥发物的净化效率高。
采用原位合成的办法，在蜂窝状纸表面的分子筛层生成催化剂。将已涂覆分子筛的蜂窝纸芯，浸渍在高锰酸盐的溶液中，如高锰酸钾，高锰酸盐为高锰酸钾，高锰酸根离子就会吸附在分子筛的孔内，再加入二价锰盐，二价锰盐优选醋酸锰，就会发生氧化还原反应，生成二氧化锰沉淀，经过滤，干燥，得到了外壳有二氧化锰/分子筛催化剂层，内核为纸的核壳结构的蜂窝芯材。如采用铂催化剂或金催化剂，则用相应的氯铂酸或氯金酸为催化剂的前驱体，采用硼氢化钠，或硼氢化钾，或肼等还原剂进行还原，生成纳米铂或纳米金沉淀，再经过滤，干燥，得到了外壳有铂/分子筛或金/分子筛催化剂层，内核为纸的核壳结构的蜂窝芯材。选择强度较高的纸张，打孔，制成多孔纸张，再制成蜂窝状纸芯，通过浸涂水性涂料，加固蜂窝状骨架结构，再浸涂分子筛浆料，自然固化后，得到涂覆分子筛层的蜂窝纸芯，再浸渍催化剂前驱体，经原位沉淀或原位还原，在蜂窝纸的分子筛层生成了催化剂，得到具有去除甲醛等挥发性有机物功能的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
与现有技术相比，本发明的以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网，该材料具有制造成本低，性能高效等特点，可广泛用于空气净化器和新风***中。其核壳结构蜂窝芯材为高效净化空气提供一种新型的过滤网，选用具有一定强度的纸张，打孔，制成多孔纸张，再制成蜂窝状骨架结构。用水性涂料浸涂蜂窝状纸芯，通过高分子漆膜加固蜂窝骨架结构，再浸涂由溶胶配制的分子筛浆料，在蜂窝纸的外层构建了具有丰富微孔结构的分子筛涂层，再原位负载二氧化锰、纳米铂或纳米金等具有催化氧化甲醛的催化剂，制成了在室温下能高效净化空气的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。经测试，1张长为300毫米、宽为200毫米、厚为50毫米的该以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网，可在180分钟内将1立方米的含甲醛6.38mg/m3的污染空气处理干净，使甲醛降解到0.08mg/m3以下。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本实施例的方法示意图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例中以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法：选择强度较高的牛皮纸，用打孔器打孔，孔径2毫米，孔密度为80个/平方米，制成多孔纸张，卷制成孔径为5毫米的纸管，然后将纸管有序地叠加，并通过胶粘剂连接成高为200毫米的方块，等粘接牢固后，切割为长为300毫米，宽为200毫米，厚为50毫米的蜂窝状纸芯。称取3000克硅丙树脂水性涂料、540克固化剂、600克钛白粉，在高速搅拌器的作用下，将物料混和均匀，将前述的蜂窝状纸芯浸入该物料中，10分钟后取出，滤干，送入105℃的烘箱中烘干，得到高强度蜂窝状纸芯。称取固含量30％的硅溶胶3000克、加入900克13X分子筛粉体，经过高速搅拌，得到分子筛浆料，然后将已制备的高强度蜂窝状纸芯浸入该分子筛浆料中30分钟，取出，滤干后，又浸入分子筛浆料，取出，滤干，如此反复3次，得到分子筛修饰的蜂窝状纸芯。称取高锰酸钾固体8.5克，溶解在4000克水中，然后将分子筛修饰的蜂窝状纸芯浸入高锰酸钾溶液6小时，并在耐酸泵的驱动下，使液体处于流动状态。称取20克乙酸锰固体，溶解在4000克水中，然后在不断搅拌下，滴加到上述高锰酸钾溶液，1小时完成滴加，取出滤干，在105℃的烘箱中干燥60分钟，即得到所需的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
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25-27℃，湿度为51-52％下，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.38mg/m3，运行164分钟后，密室中的甲醛浓度降到0.06mg/m3。
实施例2：
本实施例中以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法：选择强度较高的牛皮纸，用打孔器打孔，孔径1毫米，孔密度为100个/平方米，制成多孔纸张，通过挤压，制成波纹纸，波纹高为5毫米的波纹纸，再用2张打孔的牛皮纸夹住波纹状纸，利用胶粘剂粘接建成多孔板，多孔板有序地叠加，并粘上胶粘剂，粘接成蜂窝状纸块，然后剪切为长为300毫米，宽为200毫米，厚为50毫米的蜂窝状纸芯。称取3000克硅丙树脂水性涂料，540克固化剂，600克硅藻土，在高速搅拌器的作用下，将物料混和均匀。将上述的蜂窝状纸芯浸入该物料中，10分钟后取出，滤干，送入105℃的烘箱中烘干，得到高强度蜂窝状纸芯。称取固含量30％的硅溶胶3000克，加入900克Y型分子筛粉体，经过高速搅拌，得到分子筛浆料，然后将已制备的高强度蜂窝状纸芯浸入该分子筛浆料中30分钟，取出，滤干后，又浸入分子筛浆料，取出，滤干，如此反复3次，得到分子筛修饰的蜂窝状纸芯。称取高锰酸钾固体8.5克，溶解在4000克水中，然后将分子筛修饰的蜂窝状纸芯浸入高锰酸钾溶液6小时，并在耐酸泵的驱动下，使液体处于流动状态。称取20克乙酸锰固体，溶解在4000克水中，然后在不断搅拌下，滴加到上述高锰酸钾溶液，1小时完成滴加，取出滤干，在105℃的烘箱中干燥60分钟，即得到所需的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
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25-27℃，湿度为51-52％下，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.71mg/m3，运行175分钟后，密室中的甲醛浓度降到0.08mg/m3。
实施例3：
本实施例中以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法：选择强度较高的牛皮纸，用打孔器打孔，孔径2毫米，孔密度为80个/平方米，制成多孔纸张，平铺在水平面上，按间距5毫米，有序地铺放厚为5毫米的纸条，并粘接在多孔纸板上，待粘接牢固后，在纸条上喷涂粘接剂，再铺放另一张多孔牛皮纸，构建成多孔板，多孔板叠加成蜂窝状纸块，然后剪切为长为300毫米，宽为200毫米，厚为50毫米的蜂窝状纸芯。称取3000克硅丙树脂水性涂料，540克固化剂，600克玻璃粉，在高速搅拌器的作用下，将物料混和均匀。将上述的蜂窝状纸芯浸入该物料中，10分钟后取出，滤干，送入105℃的烘箱中烘干，得到高强度蜂窝状纸芯。称取固含量30％的硅溶胶3000克，加入900克5A分子筛粉体，经过高速搅拌，得到分子筛浆料，然后将已制备的高强度蜂窝状纸芯浸入该分子筛浆料中30分钟，取出，滤干后，又浸入分子筛浆料，取出，滤干，如此反复3次，得到分子筛修饰的蜂窝状纸芯。称取0.6克六水合氯铂酸固体溶解在3000毫升的去离子水中，并滴加6毫升乙酸，搅拌，备用。称取2.4克硼氢化钠溶解在600毫升的去离子水中，备用。取上述分子筛修饰的蜂窝状纸芯投入该氯铂酸溶液，并在耐酸泵的驱动下，使液体处于流动状态，浸泡5小时后，滴加已配制的硼氢化钠溶液，在45分钟内完成滴加，并继续搅拌30分钟，静置60分钟后，取出，在105℃下烘干，即得到所需的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
蜂窝状空气净化芯材的性能测试：装入空气过滤网框中，放置在装有风扇的1立方米密室中，在温度为25-26℃，湿度为51-52％下，注入甲醛，进行去甲醛的性能测试，注入甲醛后，密封箱内的甲醛最高浓度为5.61mg/m3，146分钟后，密室中的甲醛浓度降到0.08mg/m3。
实施例4：
本实施例中以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法：选择强度较高的牛皮纸，用打孔器打孔，孔径1毫米，孔密度为120个/平方米，制成多孔纸张，卷制成孔径为4毫米的空心纸管，然后将空心纸管有序地叠加，并通过胶粘剂连接成高为200毫米的方块，等固化完成后，切割为长为300毫米，宽为200毫米，厚为50毫米的蜂窝状纸芯。称取3000克硅丙树脂水性涂料，540克固化剂，600克高岭土，在高速搅拌器的作用下，将物料混和均匀。将上述的蜂窝状纸芯浸入该物料中，10分钟后取出，滤干，送入105℃的烘箱中烘干，得到高强度蜂窝状纸芯。称取固含量30％的硅溶胶3000克，加入900克HZSM-5分子筛粉体，经过高速搅拌，得到分子筛浆料，然后将已制备的高强度蜂窝状纸芯浸入该分子筛浆料中30分钟，取出，滤干后，又浸入分子筛浆料，取出，滤干，如此反复3次，得到分子筛修饰的蜂窝状纸芯。称取高锰酸钾固体8.5克，溶解在4000克水中，然后将分子筛修饰的蜂窝状纸芯浸入高锰酸钾溶液6小时，并在耐酸泵的驱动下，使液体处于流动状态。称取20克乙酸锰固体，溶解在4000克水中，然后在不断搅拌下，滴加到上述高锰酸钾溶液，1小时完成滴加。取出滤干，在105℃的烘箱中干燥60分钟，即得到所需的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
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25-27℃，湿度为51-52％下，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.43mg/m3，运行168分钟后，密室中的甲醛浓度降到0.07mg/m3。
实施例5：
本实施例中以纸张制备的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法：选择强度较高的牛皮纸，用打孔器打孔，孔径1毫米，孔密度为160个/平方米，制成多孔纸张，平铺在水平面上，按间距4毫米，有序地铺放厚为4毫米的纸条，并粘接在多孔纸板上，待粘接牢固后，在纸条上喷涂粘接剂，再铺放另一张多孔牛皮纸，构建成多孔板，多孔板叠加成蜂窝状纸块，然后剪切为长为300毫米，宽为200毫米，厚为50毫米的蜂窝状纸芯。称取3000克硅丙树脂水性涂料，540克固化剂，600克硅藻土，在高速搅拌器的作用下，将物料混和均匀。将上述的蜂窝状纸芯浸入该物料中，10分钟后取出，滤干，送入105℃的烘箱中烘干，得到高强度蜂窝状纸芯。称取固含量30％的硅溶胶3000克，加入900克13X分子筛粉体，经过高速搅拌，得到分子筛浆料，然后将已制备的高强度蜂窝状纸芯浸入该分子筛浆料中30分钟，取出，滤干后，又浸入分子筛浆料，取出，滤干，如此反复3次，得到分子筛修饰的蜂窝状纸芯。称取高锰酸钾固体8.5克，溶解在4000克水中，然后将分子筛修饰的蜂窝状纸芯浸入高锰酸钾溶液6小时，并在耐酸泵的驱动下，使液体处于流动状态。称取20克乙酸锰固体，溶解在4000克水中，然后在不断搅拌下，滴加到上述高锰酸钾溶液，1小时完成滴加。取出滤干，在105℃的烘箱中干燥60分钟，即得到所需的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
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25-27℃，湿度为51-52％下，注入甲醛，甲醛最高浓度为6.62mg/m3，运行173分钟后，密室中的甲醛浓度降到0.07mg/m3。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，包括下列步骤：将多孔纸张制成蜂窝状纸芯；经浸涂水性涂料后，自然固化得到加固蜂窝状纸芯；浸涂分子筛浆料，自然固化，得到涂覆有分子筛层的蜂窝状纸芯；经浸渍催化剂前驱体后，原位沉淀或原位还原在分子筛层表面形成催化剂结构，得到可去除挥发性有机物的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网。
2.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的多孔纸张为在纸张上打孔而形成的孔径为1-2毫米、孔密度为40-180个/平方米的纸张。
3.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的蜂窝状纸芯采用如下任意一种方式制作而成：
第一种方式是：先将多孔纸张制成孔径为1-8毫米的纸管，再有序堆积，并用胶粘剂粘接成蜂窝状纸芯；
第二种方式是：先将多孔纸张挤压制成波纹状纸张，波纹高在2-8毫米，用两张未挤压的纸夹住波纹状纸，构建成波纹板，再叠加成蜂窝状纸芯；
第三种方式是：先在多孔纸张上面，按间距1-8毫米有序地铺放厚为3-8毫米的纸条，粘接后，再铺放另一纸张，粘接后，构建成多孔板，再叠加成蜂窝状纸芯。
4.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的水性涂料为包含硅丙树脂、固化剂、填料的双组分水性涂料，填料为硅藻土、高岭土、钛白粉、玻璃粉、微硅粉中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的分子筛浆料包括硅溶胶与沸石分子筛、13X分子筛、Y分子筛、ZSM-5分子筛、5A分子筛中的一种或多种混合而成。
6.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的催化剂前驱体为高锰酸盐、氯铂酸或氯金酸中一种或几种。
7.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的原位沉淀包括如下过程：采用高锰酸盐浸渍已覆盖分子筛的蜂窝状纸芯，再加入二价锰盐溶液，原位反应生成活性二氧化锰沉淀附着在分子筛的表面。
8.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的原位还原包括如下过程：采用氯铂酸或氯金酸水溶液浸渍已覆盖分子筛的蜂窝状纸芯，采用硼氢化钠或硼氢化钾或肼还原剂中一种或多种加入到浸渍液中，还原剂与氯铂酸根或氯金酸根反应生成纳米铂或纳米金附着在分子筛表面。
9.如权利要求1所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法，其特征在于，所述的核壳结构蜂窝状空气净化过滤网可应用于空气净化器或新风***中。
10.如权利要求1-9任一所述的以纸为骨架构建核壳结构蜂窝状空气净化过滤网的方法制备而得的蜂窝状空气净化过滤网。
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