一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置及制备方法

技术领域

本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置及制备方法。

背景技术

空气净化装置又称空气清洁器、空气清新机、净化装置，是指能够吸附、分解或转化各 种空气污染物，有效提高空气清洁度的产品，主要分为家用、商用、工业、楼宇；空气净化装置 中有多种不同的技术和介质，使它能够向用户提供清洁和安全的空气。

在现有的技术中，专利号为202792313U，名称为空气净化装置，此专利可根据空间即 房间大小使用不同段的空气净化装置，房间小的可打开一个，三个可相互独立工作，互不干扰，若其中一个坏了，别的两个还可继续使用，但是造价昂贵，并不能进行消毒杀菌。

现有空气净化装置滤芯厚，而且复杂，吸风机阻力大，不节能，授权公告号CN203790331U，其技术方案为所述空气过滤装置依次包括与机壳前盖相邻的初效过滤网、HEPA滤网及与催化滤网相邻的活性炭滤网，所述初效过滤网、HEPA滤网和活性炭滤网依次层叠，滤网层数过多，而且还有活性炭，通风阻力极大，不实用，配置吸风机功率大，能耗高，必须加以改进。

现有的空气净化装置，基本上没有杀菌功能，而通过滤芯进行空气过滤，灰尘和病菌很容易粘结在滤芯上，很容易造成二次污染，这也是现有技术中需要解决的问题。

发明内容

为解决现有空气净化装置通风阻力大、不具有杀菌功能或杀菌不彻底造成二次污染等技术问题，本发明提供一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置，其技术方案是：外筒，杀菌除尘单元，静电发生器，降尘板，进风口，出风口，引风机，集尘盒，控制器，深紫外杀菌灯，电源；所述的外筒是由底座、筒壁和顶盖构成的空腔，空腔的底部有集尘盒，空腔的下部筒壁是镂空的进风口，上端平面是出风口，空腔内部安装有杀菌除尘单元，其中，杀菌除尘单元包括：杀菌除尘网、金属网及网支架，网支架为圆环型结构，两圆环之间用十字形降尘板支撑，杀菌除尘网用螺钉固定圆环的外层，钢网用螺钉固定在圆环的内层，杀菌除尘网通过接线端子与静电发生器的高压输出端负极连接，钢网通过接线端子与静电发生器的高压输出端正极连接并与接地线连接，并通过接地线与控制器的接地端子连接，构成线路良好接地，静电发生器的电力输入端与控制器的DC输出端子连接，构成静电发生器的电力回路；网支架的上部环形面固定安装有十字形支架，十字形支架上固定安装有深紫外杀菌灯，深紫外杀菌灯的紫外光照射到杀菌除尘单元内部空腔的风道内，对风道内空气进行杀菌，深紫外杀菌灯的接线端子通过导线与控制器的DC输出端子连接，构成深紫外杀菌灯的电力回路；外筒空腔的上部有突出小平台，小平台上设置定位孔，引风机通过定位孔固定在小平台上，引风机的轴心与支架圆环圆心同心，引风机通过导线与控制器的DC电力输出端相连接，构成引风机电力回路。

所述的杀菌除网，其特征在于杀菌除尘网由基材和复合石墨烯构成，基材为涤纶纱网、锦纶网纱、腈纶网纱、氯纶网纱、维纶网纱、氨纶网纱中的一种构成，基材上固化一层复合石墨烯料浆，纱网的一面植绒并形成绒毛刺，其毛刺可以进行尖端放电，构成杀菌除尘功能网纱，纱网的网孔为100-300μm，网纱的方阻为1-20 Ω/sq 。

所述的杀菌除尘单元，其特征在于杀菌除尘单元的网支架上分别螺丝固定杀菌除尘网和钢网，其中，内层是钢网外层是杀菌除尘网两者之间绝缘的，两者之间距离为10-50mm。

所述的集尘盒，其特征在于集尘盒在本装置的底部，集尘盒分为外集尘槽，内集尘槽和密封槽，杀菌除尘单元的杀菌除尘网和钢网之间形成的圆环形网壁的底端深入到密封槽中，把集尘槽分割为内集尘槽和外集尘槽并形成连个独立的集尘空间。

所述的集尘盒，其特征在于外集尘盒主要收集进风口经过杀菌除尘网由静电排斥阻隔沉降的较大颗粒灰尘，内集尘盒主要收集出风口经过降尘板铺集的较细颗粒灰尘。

所述的静电发生器，其特征在于静电发生器为直流12-48V供电，输出高电压为1500-3000V，静电发生器的正极接地。

所述的深紫外杀菌灯为深紫外LED灯或深紫外低压汞灯中的一种，深紫外杀菌灯固定在十字支架上并深入出风口的风道中，紫外杀菌灯的发光波长为180-265nm。

本发明还包括：一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置的制备方法，具体步骤如下：

第一步：杀菌除尘网纱制作

S1: 备制待用涤纶纤维丝，取100g的涤纶纤维丝，涤纶纤维丝直径为50-200微米，然后依次用乙醇和去离子水在超声清洗机中超声清洗，取出干燥，待用；

S2:复合石墨烯料浆配制，取5-15mg/mL水溶性纳米石墨烯20～50份、炭黑20-30份，固含量在10-50％的水性聚氨酯10～30份、水1-50份、分散剂1～3份、固化剂己二胺0.1～2 份，按以上各成分比例配置成2000g的混合料浆，经过超声搅拌分散均匀，备用；

S3:取S1步中备用的涤纶纤维丝100g及取S2步中的备用料浆1000g,放入反应釜中常温下进行充分搅拌均匀，将搅拌均匀后的涤纶纤维丝进一步超声波分散固化10-30分钟，然后取出石墨烯复合涤纶纤维丝进行脱水烘干，所述的烘干温度为65℃-80℃，烘干时间为15-30分钟，备用；

S4：将S3步中的备用石墨烯复合涤纶纤维丝放在织机进行网纱纺织植绒，纺织出网纱孔径为100-300μm，植绒的绒毛长度为0.1-1mm，备用；

S5：取100g固含量为2.5-5%，纳米银线和纳米二氧化钛质量比为10-20:1的配置好的复合银纳米线浆液，取固含量在10-50％的水性环氧树脂1～50份、固含量 在20-60％的水性丙烯酸树脂1～20份，充分搅拌混合，超声波震荡分散10-30分钟后，获得1000g复合纳米银线复合浆液；取1000g复合纳米银线浆液缓慢加入1000g的S2步中的备用液，进一步搅拌混合10-15分钟，获得复配复合石墨烯料浆，备用；

S6：取S5步中的1000g复配复合石墨烯料浆，把S4中的植绒网纱浸润在该溶液中，进一步搅拌、超声波分散固化20-30分钟，然后取出放入50-65℃的烘箱中，过夜烘干后即可得到本技术方案的杀菌除尘网纱，待用；

第二步：金属网制作

1、取未喷涂防腐涂料或油漆的钢丝网若干，钢丝网孔直径为100-200微米，然后依次用乙醇和去离子水在超声清洗机中超声清洗，取出干燥，待用；

2、取S5步骤中1000g复配复合石墨烯料浆，然后把1步骤中的钢丝网浸润在该料浆中，充分搅拌、超声波分散固化10-30分钟，然后取出放入50-65℃的烘箱中，烘干后即可得到本技术方案的钢网，备用；

第三步，整机制作

Z1：杀菌除尘单元制作，制作杀菌除尘单元框架，把上下两个同心塑料圆环用十字支架支撑固定，上述第二步中备用钢网剪切成与框架匹配的尺寸，并用导线在钢网上焊接接线端子，在圆环内侧裹贴，形成杀菌除尘单元的内环网罩；将上述第一步中备用的杀菌除尘网剪切成与框架匹配的尺寸，并用导线在杀菌除尘网上压接接线端子，在圆环外侧裹贴，形成杀菌除尘单元的外环网罩，备用；

Z2:在外壳上端的小平台上安装引风机并接入控制器，Z1步中环形网罩的下端安装于除尘盒的密封槽中，并用螺丝固定，静电发生器的负极接入杀菌除尘网的接线端子，静电发生器的正极接入钢网的接线端子并同时接入控制器的接地端,备用；

Z3:把Z2步中已连接好线路的杀菌除尘单元装入外壳中进一步密封固定，控制器引出电力导线连接电源，本技术方案的杀菌除霾空气净化装置制作完成。

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：

1、本发明制备工艺简单，制备的石墨烯纱网性能稳定、抗菌耐老化，通过触杀和击杀能高效杀灭尘霾上的病毒、细菌、真菌和霉菌，并能抑制病毒、细菌、真菌和霉菌繁殖；

2、本发明还通过中深紫外灯的杀菌作用，进一步消杀除尘净化后的空气可能携带的微量病菌、病毒等污染物，并在紫外光的辐照作用下，复合纳米银料浆中的纳米二氧化钛吸收紫外线，在紫外线的作用下使Ti02激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物，同时产生大量的负氧离子，进一步净化空气；

3、本发明主要通过静电失衡原理，杀菌除尘网的绒毛具有大量负电荷并可进行尖端放电，对进风口通过的空气进行去除尘霾，达到净化空气效果。

本系统中的各部分都采用互补利用，通过静电失衡及尖端放电首先除去空气中尘霾，同时采用紫外线可以激发纳米银及纳米二氧化钛杀菌和分解甲醛，但紫外线有会加速材料的老化，而纳米二氧化钛又可以吸收部分紫外线，在除尘杀菌和耐久性上达到动态综合平衡，这也是本技术具有突出的创新点，具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置剖视示意框图；

图2为本发明一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置正面示意框图；

图3为本发明一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置俯视结构示意图；

图4为本发明一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置的杀菌除尘单元结构示意图；

图5为本发明一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置的杀菌除尘网纱结构示意图；

图6为本发明的一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置电路结构示意图；

图中，1、外筒，2、杀菌除尘单元，21、杀菌除尘网，22、金属网，23、网支架，3、静电发生器，4、降尘板，5、进风口，6、出风口，7、引风机，8、集尘盒，81外集尘槽，82、内集尘槽，9、控制器，10、深紫外杀菌灯，11、电源。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

参照图1-6所示，

一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置，其技术方案是：外筒1，杀菌除尘单元2，静电发生器3，降尘板4，进风口5，出风口6，引风机7，集尘盒8，控制器9，深紫外杀菌灯10，电源11；所述的外筒1是由底座、筒壁和顶盖构成的空腔，空腔的底部有集尘盒8，空腔的下部筒壁是镂空的进风口5，上端平面是出风口6，空腔内部安装有杀菌除尘单元2，其中，杀菌除尘单元2包括：杀菌除尘网21、金属网22及网支架23，网支架23为圆环型结构，两圆环之间用十字形降尘板4支撑，杀菌除尘网21用螺钉固定圆环的外层，钢网22用螺钉固定在圆环的内层，杀菌除尘网21通过接线端子与静电发生器3的高压输出端负极连接，钢网22通过接线端子与静电发生器3的高压输出端正极连接并与接地线连接，并通过接地线与控制器9的接地端子连接，构成线路良好接地，静电发生器3的电力输入端与控制器9的DC输出端子连接，构成静电发生器3的电力回路；网支架23的上部环形面固定安装有十字形支架，十字形支架上固定安装有深紫外杀菌灯10，深紫外杀菌灯10的紫外光照射到杀菌除尘单元3内部空腔的风道内，对风道内空气进行杀菌，深紫外杀菌灯10的接线端子通过导线与控制器的DC输出端子连接，构成深紫外杀菌灯的电力回路；外筒1空腔的上部有突出小平台，小平台上设置定位孔，引风机7通过定位孔固定在小平台上，引风机7的轴心与支架圆环圆心同心，引风机7通过导线与控制器的DC电力输出端相连接，构成引风机电力回路。

所述的杀菌除网，其特征在于杀菌除尘网21由基材和复合石墨烯构成，基材为尼龙纱网、涤纶纱网、化纤纱网中的一种构成，基材上固化一层复合石墨烯料浆，纱网的一面植绒并形成绒毛刺，其毛刺可以进行尖端放电，构成杀菌除尘功能网纱，纱网的网孔为100-300μm，网纱的方阻为1-20 Ω/sq 。

所述的杀菌除尘单元，其特征在于杀菌除尘单元3的网支架上分别螺丝固定杀菌除尘网21和钢网22，其中，内层是钢网22外层是杀菌除尘网21两者之间绝缘的，两者之间距离为10-50mm。

所述的集尘盒，其特征在于集尘盒8在本装置的底部，集尘盒分为外集尘槽81，内集尘槽82和密封槽，杀菌除尘单元3的杀菌除尘网和钢网之间形成的圆环形网壁的底端深入到密封槽中，把集尘槽分割为内集尘槽82和外集尘槽81并形成连个独立的集尘空间。

所述的集尘盒，其特征在于外集尘盒81主要收集进风口4经过杀菌除尘网21由静电排斥阻隔沉降的较大颗粒灰尘，内集尘盒82主要收集出风口6经过降尘板4铺集的较细颗粒灰尘。

所述的静电发生器，其特征在于静电发生器3为直流12-48V供电，输出高电压为1500-3000V，静电发生器的正极接地。

所述的深紫外杀菌灯10为深紫外LED灯或深紫外低压汞灯中的一种，深紫外杀菌灯固定在十字支架上并深入出风口的风道中，紫外杀菌灯的发光波长为180-265nm。

实施例

本实施例先用材料如下：

涤纶纤维丝：纤维直径为0.08mm，江苏盛虹化纤有限公司；

纳米石墨烯粉体：粒径为50-200nm，源自合肥微晶材料科技有限公司，可市场购得；

银纳米线分散液：浓度为5mg/mL，源自合肥微晶材料科技有限公司，可市场购得，其所含银纳米线的直径为50-60nm、长度为50-60μm；

导电炭黑：粒径为9-17nm，天津亿博瑞化工有限公司生产；

水性聚氨酯树脂：固含量30％，东莞米人占化工有限公司，牌号MR-700；

水性环氧树脂：固含量30％，广东顺德大地缘新材料有限责任公司生产，牌号DRDSE360；

水性丙烯酸树脂：固含量50％，广东顺德大地缘新材料有限责任公司生产，牌号DRDS030；

分散剂为十二烷基硫酸钠；

静电发生器：北京艾尔利达科技有限公司生产，牌号为AEL3024；

紫外线杀菌灯：广州市羽星光电科技有限公司生产，牌号为GPH212T5L-24D;

控制器：合肥赛因斯智控技术有限公司生产，型号为SYS24D电源控制器。

一种静电场复合石墨烯杀菌除霾空气净化装置的制备方法，具体步骤如下：

第一步：杀菌除尘网纱制作

S1: 备制待用涤纶纤维丝，取100g的直径为0.08mm的涤纶纤维丝，然后依次用乙醇和去离子水在超声清洗机中超声清洗，取出干燥，待用；

S2:复合石墨烯料浆配制，取10mg/mL水溶性纳米石墨烯30份、炭黑20份，固含量在10-50％的水性聚氨酯20份、水27份、分散剂2份、固化剂己二胺1 份，按以上各成分比例配置成2000g的混合料浆，经过超声搅拌分散均匀，备用；

S3:取S1步中备用的涤纶纤维丝100g及取S2步中的备用料浆1000g,放入反应釜中常温下进行充分搅拌均匀，将搅拌均匀后的涤纶纤维丝进一步超声波分散固化20分钟，然后取出石墨烯复合涤纶纤维丝进行脱水烘干，所述的烘干温度为65℃，烘干时间为20分钟，备用；

S4：将S3步中的备用石墨烯复合涤纶纤维丝放在织机进行网纱纺织植绒，纺织出网纱孔径为150μm，植绒的绒毛长度为0.8mm，备用；

S5：取100g固含量为3%，纳米银线和纳米二氧化钛质量比为15:1的配置好的复合银纳米线浆液，100g取固含量在30％的水性环氧树脂、50g固含量 在50％的水性丙烯酸树脂，及750g去离子水放入反应器充分搅拌混合，超声波震荡分散20分钟后，获得1000g复合纳米银线复合浆液；取1000g复合纳米银线浆液缓慢加入1000g的S2步中的备用液，进一步搅拌混合10分钟，获得复配复合石墨烯料浆，备用；

S6：取S5步中的1000g复配复合石墨烯料浆，把S4中的植绒网纱浸润在该溶液中，进一步搅拌、超声波分散固化30分钟，然后取出放入55℃的烘箱中，过夜烘干后即可得到本技术方案的杀菌除尘网纱，待用；

第二步：金属网制作

1、取未喷涂防腐涂料或油漆的钢丝网若干，钢丝网孔直径为150微米，然后依次用乙醇和去离子水在超声清洗机中超声清洗，取出干燥，待用；

2、取S5步骤中1000g复配复合石墨烯料浆，然后把1步骤中的钢丝网浸润在该料浆中，充分搅拌、超声波分散固化20分钟，然后取出放入55℃的烘箱中，烘干后即可得到本技术方案的钢网，备用；

第三步，整机制作

Z1：杀菌除尘单元制作，制作杀菌除尘单元3框架，把上下两个同心塑料圆环用十字支架支撑固定，上述第二步中备用钢网22剪切成与框架匹配的尺寸，并用导线在钢网22上焊接接线端子，在圆环内侧裹贴，形成杀菌除尘单元3的内环网罩；将上述第一步中备用的杀菌除尘网21剪切成与框架匹配的尺寸，并用导线在杀菌除尘网上压接接线端子，在圆环外侧裹贴，形成杀菌除尘单元的外环网罩，备用；

Z2:在外壳1上端的小平台上安装引风机4并接入控制器9，Z1步中环形网罩的下端安装于除尘盒8的密封槽中，并用螺丝固定，静电发生器3的负极接入杀菌除尘网21的接线端子，静电发生器3的正极接入钢网22的接线端子并同时接入控制器9的接地端,备用；

Z3:把Z2步中已连接好线路的杀菌除尘单元3装入外壳中进一步密封固定，控制器9引出电力导线连接电源11，本技术方案的杀菌除霾空气净化装置制作完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。