CN114688668A - 一种组合式光催化滤网 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式光催化滤网，包括至少一层粗滤网、至少一层精滤网，以及至少一层抗菌除臭网。所述抗菌除臭网是是采用高内相比乳液法制备的高孔隙率的蜂窝状多孔吸附材料，此方法提高纳米光催化材料与各组分之间的界面结合能力以及与不同基底之间的结合能力，该方法既避免了使用活性炭滤材导致的二次污染以及频繁更换滤网产生额外成本的问题，本发明的抗菌除臭滤网只需要配备普通可见光，不需要设置特殊的紫外光源，即可实现抗菌、除臭功能，可定期拆卸、水洗，保质期长久。

Description

一种组合式光催化滤网

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种组合式光催化滤网。

背景技术

近年来，随着大面积的雾霾天气的增加，人们对空气质量尤为关注。在持续的雾霾天气下，空气中浮游着大量尘粒、烟雾、细菌和病毒等有害物质，极易造成上呼吸道感染、支气管哮喘、小儿佝偻病、结膜炎等疾病，还会影响生殖能力导致胎儿畸形，甚至诱发肺癌。同时装饰、装修材料的广泛应用也带来了大量的化学污染物，其对室内的严重污染更是不可小觑。因此，有效处理室内气态污染物并保证室内健康的工作生活环境迫在眉睫，从而导致人们对空气净化器的需求热度越来越高，并对空气净化器的要求也从简单的滤除空气中的灰尘、颗粒到祛除各种细菌、病毒以及有害气体等。

目前市场上销售的空气净化器的净化方式多种多样，大部分空气净化器都具有过滤功能，过滤的主要目的是去除空气中的颗粒污染物和微生物，有些还具有吸附、杀菌的功能。大部分空气净化器的结构及净化原理都是大同小异，最常见的设计就是一个工作风机加上多重过滤网，通过不同过滤材质的滤网，过滤掉不同种类的空气污染物。空气净化器工作时，通过机器内的风扇在室内产生循环气流，室内的污染空气及一些污染物随着气流从进风口进入设备，在通过滤网时污染物被多层过滤网清除，净化后的空气再由净化器出风口回到室内。此过程不断循环重复从而实现净化室内空气的目的。

空气净化器的多重滤网，是为空气净化器的核心部分，其性能和品质直接影响着净化器的过滤精度和净化效能，对空气净化器的整体性能起着至关重要的作用。空气净化器的过滤网一般由多个不同功能的过滤网组合在一起，最外面的过滤网，也叫粗滤网，用来过滤灰尘颗粒、毛发等大件污染物，以阻止大颗粒进入第二层活性炭滤网，第二层一般为活性炭过滤网可以过滤、吸附甲醛、苯等有毒气体，第三层是抗菌过滤网可以对细菌、病毒起抑制和杀灭作用，第四层即最内层可以过滤网过滤空气污染物中更为细小的颗粒物，以及活性炭滤网自身发尘性产生的颗粒被吹入室内空气中，有的净化器还配有加湿滤网。目前第一层粗滤网和第四层精滤网过滤技术简单且成熟，而第二层和第三层为核心和关键，是过滤主体，第二层和第三层滤网的使用寿命一般为几个月，需要经常更换，若滤网设计过于复杂，会导致更换也不方便。近年来使用最为广泛的过滤主体为活性炭滤网，配合少量的光触媒滤网。

活性炭滤网，即目前市面上最为普遍的空气净化滤网材料，其原理是活性炭颗粒表面有很多微孔，当与空气中的化学污染物、细菌、颗粒物等接触时，这些污染物被活性炭表面的微孔吸附，从而起到清除异味、净化空气的作用。这种净化技术的优点是吸附能力强，室内空气中的大部分污染物都能被活性炭吸附，缺点是一般一个月后就能达到饱和状态，对甲醛不具有长期去除性能，随着环境的变化，如温度升高、风速增大等，活性炭吸附的污染物可能脱离出来，容易造成二次污染，无法彻底去除污染物。

除了活性炭滤网外，近年来陆续出现了一种光触媒过滤网：与活性炭的吸附脱附原理不同的是，光触媒过滤网是将TiO₂(目前市面上常见的以TiO₂为主)光催化技术应用于过滤网上，经过紫外线光激活之后，可以将空气中的甲醛、苯系物、氮氧化物等有毒有害气体和细菌、微生物等转化为无污染的CO₂和H₂O，不断降解污染气体，从而实现长效净化的功能，且光照条件下二氧化钛自身不起变化，只起催化分解作用，因此使用寿命较长。虽然光催化技术净化室内空气上，具有高效、无毒无害、成本低等优势，但绝大多数的吸附能力确实极为有效的，而且存在于分子结构中的电子要达成跃迁，需要满足其能量要求高的条件才能完成，对于有机污染物的降解确实存在不小的局限性，对于较高污染物积累浓度的空间，光催化净化的能力偏弱，且TiO₂仅对紫外光响应，难以在可见光条件下有效降解室内污染气体，同时其制备过程中需要强酸强碱参与而增大了环境负担。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种组合式光催化滤网，本发明的组合滤网结构设计简单、功能强大，是将除甲醛、苯等有毒有害气体，与抗菌、杀菌及防霉等功能集成为一体，不再采用活性炭滤网，摒弃传统的活性炭吸附滤网带来的吸附-脱附二次污染，以及频繁更换滤网问题，突破了光催化空气净化材料的关键技术，不需要紫外光等苛刻的使用条件，在普通的可见光作用下即可具备长效、持久的净化能力。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种组合式光催化滤网，一种组合式光催化滤网，其特征在于，包括至少一层粗滤网、至少一层精滤网，以及至少一层抗菌除臭网。

进一步方案为，所述粗滤网与精滤网一体式设置，所述抗菌除臭网单独设置，且置于精滤网出风处。

进一步方案为，所述的粗滤网为PP、PE、PET材质，筛孔尺寸2-4mm，；所述的精滤网为H12等级以上高效HEPA滤网，对0.3μm粒径微粒过滤效率高于99.9％并打成褶形状。

进一步方案为，所述粗滤网与精滤网一体式设置，且进行封边处理，封边材料采用纸、塑料、金属和水刺棉中的一种，封边通过热熔胶粘接固定。

进一步方案为，所述抗菌除臭网是通过乳液模板法制备的，其制备方法如下：

在50-60vol％的苯乙烯和40-50vol％二乙烯基苯的有机连续相中加入相对于连续相质量体积分数5-30w/v％的山梨糖醇酐油酸酯并混合均匀；

将上述混合物加热至55℃并连续搅拌，将含有48wt％纳米氮化碳、35wt％纳米氧化锌、2wt％过硫酸钾、1.11wt％无水氯化钙的水分散相加入到上述混合液中；

调节连续相和分散相的体积，形成分散相体积分数为80％-90％的高内相比乳液；并在水相全部滴加完毕后，继续搅拌10分钟获得高度均匀的乳液；

将得到的高内相比乳液转移到固定形状的模具中并密封，将模具置于60℃水浴中聚合反应48小时，反应后将聚合反应所得的材料置于提取器中用无水乙醇抽提12小时，再将材料在60℃下干燥24小时得到抗菌除臭网。

进一步方案为，干燥后，固定在边框内进行封边；其中，封边材料采用铝型材、纸框、海绵条，或不锈钢中的一种。

进一步方案为，所述纳米氮化碳选用单原子锌插层改性的纳米氮化碳，其粒径为20-100nm，光吸收范围>420nm；对甲醛、甲苯、氮氧化物室内污染物净化效率≥95％，3月内效率保持率≥90％。

进一步方案为，所述纳米氧化锌为插层花瓣状，粒径为30-80nm；对大肠杆菌的抗菌率≥99％，金黄色葡萄球菌的抗菌率≥99％。

本申请另一方面还提供了一种空气净化器，包括净化器壳体，所述净化器壳体内部设有上述的组合式光催化滤网、照明模块、风道模块；

所述照明模块设置在靠近抗菌除臭滤网的净化器壳体内壁中间位置，采用普通LED照明灯，实现可见光响应；

所述风道模块设置在进风处，采用普通风扇，保证风从粗滤网进入、经过精滤网和抗菌除臭网，并从抗菌除臭网内部吹出。

本申请再一方面还提供了所述的组合式光催化滤网在空气净化领域中的应用。

本发明的有益效果在于：

本发明的组合滤网可实现可见光响应，在12小时对初始浓度为国家标准(GB/T18883和GB/T18801)限值3倍的甲醛、苯、NH₃、氮氧化物等室内污染物净化效率≥90％，3月内效率保持率≥90％，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠球菌等细菌抗菌率>99％，并具有自清洁功能，具有长效的空气净化能力。

本发明的光催化组合滤网的核心优势为：集除甲醛、苯等室内污染物气体，以及抗菌、防霉等功能为一体的抗菌除臭网，是采用高内相比乳液法制备的高孔隙率的蜂窝状多孔吸附材料，此方法提高纳米光催化材料与各组分之间的界面结合能力以及与不同基底之间的结合能力，该方法既避免了使用活性炭滤材导致的二次污染以及频繁更换滤网产生额外成本的问题，同时此方法优于市面上采用的通过喷涂、涂覆等手段将光触媒材料附着在滤网上进而导致活性物质易脱落等问题，并区别于普通铝蜂窝芯、发泡金属等为载体的光触媒除臭滤芯成本高且质量重等问题。

本发明的抗菌除臭滤网只需要配备普通可见光，不需要设置特殊的紫外光源，即可实现抗菌、除臭功能，可定期拆卸、水洗，保质期长久。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

1)抗菌、除臭一体化过滤网的制备：

在50-60vol％的苯乙烯和40-50vol％二乙烯基苯的有机连续相中加入相对于连续相质量体积分数5-30w/v％的山梨糖醇酐油酸酯并混合均匀；

将上述混合物加热至55℃并连续搅拌，将含有48wt％纳米氮化碳、35wt％纳米氧化锌、2wt％过硫酸钾、1.11wt％无水氯化钙的水分散相加入到上述混合液中；

调节连续相和分散相的体积，形成分散相体积分数为80％-90％的高内相比乳液；并在水相全部滴加完毕后，继续搅拌10分钟获得高度均匀的乳液；

将得到的高内相比乳液转移到固定形状的模具中并密封，将模具置于60℃水浴中聚合反应48小时，反应后将聚合反应所得的材料置于提取器中用无水乙醇抽提12小时，再将材料在60℃下干燥24小时得到抗菌除臭网。

干燥后，固定在边框内进行封边；其中，封边材料采用铝型材、纸框、海绵条，或不锈钢中的一种。

所述纳米氮化碳选用单原子锌插层改性的纳米氮化碳，粒径为20-100nm，光吸收范围>420nm；对甲醛、甲苯、氮氧化物室内污染物净化效率≥95％，3月内效率保持率≥90％。

进一步方案为，所述纳米氧化锌为插层花瓣状，粒径为30-80nm；对大肠杆菌的抗菌率≥99％，金黄色葡萄球菌的抗菌率≥99％。

2)组合滤网的制备及空气净化器的安装

①选择粗滤网：PET网，F7初效过滤网，筛孔尺寸2-4mm；

②选择精滤网：H12等级高效HEPA滤网(对0.3μm粒径微粒过滤效率高于99.9％)，并打成褶形状；

③将粗滤网和精滤网合并且进行封边处理，封边材料采用塑料通过热熔胶粘接固定。

④在空气净化器内壁上方设置风道模块，净化器内壁下方设置LED灯光光源，安装组合滤网，安装空气净化器外壳。

对比例1

1)抗菌、除臭一体化过滤网的制备：

对比例1的抗菌、除臭一体化过滤网的制备与实施例1相同，在实施例1复合材料的制备过程中，将除甲醛、苯、NH3、氮氧化物等室内污染物的有效成分氮化碳的含量变为成3.5wt％，其余步骤同实施例1。

2)组合滤网的制备及空气净化器的安装：

组合滤网的制备及空气净化器的安装与实施例1中相同。

对比例2

1)抗菌、除臭一体化过滤网的制备：

对比例2的抗菌、除臭一体化过滤网的制备与实施例1相同，在实施例1复合材料的制备过程中，将除金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠球菌的有效成分纳米氧化锌的含量变为成2.5wt％，其余步骤同实施例1。

2)组合滤网的制备及空气净化器的安装

组合滤网的制备及空气净化器的安装与实施例1中相同。

对比例3

抗菌、除臭一体化过滤网的制备：

对比例3的抗菌、除臭一体化过滤网的制备与实施例1相同。

2)组合滤网的制备及空气净化器的安装

在选择粗滤网、选择精滤网，以及粗滤网和精滤网组合并进行封边处理的过程与实施例1相同，在安装净化器的过程中，在空气净化器内壁上方设置风扇，净化器内壁下方未设置LED灯光光源。

将实施例和对比例中制备得到的组合式滤网进行性能测试，测试方法为：

除甲醛、苯、NH₃、氮氧化物等目标污染物净化率按《GB/T18801-2015空气净化器标准》进行，除金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠球菌的效果按《GB21551.3-2010家用和类似用途电器的抑菌、除菌、净化功能空气净化器的要求》进行测试，测定结果如下表1所示。

表1.抗菌除臭性能测试结果

测试项目	实施例1	对比例1	对比例2	对比例3
					甲醛吸附率(％)	97	82	96.6	85
甲苯吸附率(％)	96.8	85.3	95.8	82.9
					氮氧化物吸附率(％)	98.5	85.8	97.9	79.8
大肠杆菌抗菌率(％)	98	97	92	94
					金黄色葡萄球菌抗菌率(％)	99	98	90	93.8

从实施例和对比例结果可知，采用本发明中的组合式滤网，通过合理控制配方中各组分的比例和成分，得到了一种具有高效杀菌除味功能的组合式滤网及空气净化器产品，该方法操作简单。当使用对比例1、对比例2和对比例3的配方和制备方法，所得产品的抗菌除味性能达不到使用要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种组合式光催化滤网，其特征在于，包括至少一层粗滤网、至少一层精滤网，以及至少一层抗菌除臭网。

2.如权利要求1所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述粗滤网与精滤网一体式设置，所述抗菌除臭网单独设置，且置于精滤网出风处。

3.如权利要求1所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述的粗滤网为PP、PE、PET材质，筛孔尺寸2-4mm，；所述的精滤网为H12等级以上高效HEPA滤网，对0.3μm粒径微粒过滤效率高于99.9％，并打成褶形状。

4.如权利要求1所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述粗滤网与精滤网一体式设置，且进行封边处理，封边材料采用纸、塑料、金属和水刺棉中的一种，封边通过热熔胶粘接固定。

5.如权利要求1所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述抗菌除臭网是通过乳液模板法制备的，其制备方法如下：

在50-60vol％的苯乙烯和40-50vol％二乙烯基苯的有机连续相中加入相对于连续相质量体积分数5-30w/v％的山梨糖醇酐油酸酯并混合均匀；

将上述混合物加热至55℃并连续搅拌，将含有48wt％纳米氮化碳、35wt％纳米氧化锌、2wt％过硫酸钾、1.11wt％无水氯化钙的水分散相加入到上述混合液中；

调节连续相和分散相的体积，形成分散相体积分数为80％-90％的高内相比乳液；并在水相全部滴加完毕后，继续搅拌10分钟获得高度均匀的乳液；

将得到的高内相比乳液转移到固定形状的模具中并密封，将模具置于60℃水浴中聚合反应48小时，反应后将聚合反应所得的材料置于提取器中用无水乙醇抽提12小时，再将材料在60℃下干燥24小时得到抗菌除臭网。

6.如权利要求5所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，干燥后，固定在边框内进行封边；其中，封边材料采用铝型材、纸框、海绵条、或不锈钢中的一种。

7.如权利要求5所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述纳米氮化碳选用单原子锌插层改性的纳米氮化碳，粒径为20-100nm，光吸收范围>420nm；对甲醛、甲苯、氮氧化物室内污染物净化效率≥95％，3月内效率保持率≥90％。

8.如权利要求5所述的一种组合式光催化滤网，其特征在于，所述纳米氧化锌为插层花瓣状，粒径为30-80nm；对大肠杆菌的抗菌率≥99％，金黄色葡萄球菌的抗菌率≥99％。

9.一种空气净化器，其特征在于，包括净化器壳体，所述净化器壳体内部设有如权利要求1-8任一项所述的组合式光催化滤网、照明模块、风道模块；

所述照明模块设置在靠近抗菌除臭滤网的净化器壳体内壁中间位置，采用普通LED照明灯，实现可见光响应；

所述风道模块设置在进风处，采用普通风扇，保证风从粗滤网进入、经过精滤网和抗菌除臭网，并从抗菌除臭网内部吹出。

10.如权利要求1-8任一项所述的组合式光催化滤网在空气净化领域中的应用。