一种多功能复合型空气净化滤网及制备方法

技术领域

本发明属于空气净化的技术领域，提供了一种多功能复合型空气净化滤网及制备方法。

背景技术

随着人民生活品质的不断提高，人们对健康的要求也在不断的提高，同时环境、水质、空气污染日益严重，因此对于空气净化要求标准也越来越高。空气中的主要污染物有甲醛、苯、二甲苯、细菌等。空气净化已成为当今社会不可忽视的社会问题而广受重视，现阶段，被广泛采用的净化材料主要有活性炭、分子筛、纳米滤膜等，新型的空气净化技术和产品的研发不断出现。

近年来，空气净化器得到了大规模的发展，是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物（一般包括PM2.5、粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等），有效提高空气清洁度的产品，主要分为家用、商用、工业、楼宇。空气净化器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。

空气净化核心部件滤网材料的功能逐步拓展，常用的材料技术主要有：光触媒、活性炭、合成纤维、HEAP高效材料、负离子发生器等。往往单一的滤网净化效果不能满足人们对空气质量的要求，需要安装多层净化功能不同的滤网，现有的空气净化器多采为复合型，即同时采用了多种净化技术和材料介质，这也是目前空气净化滤网材料发展的必然趋势。

目前国内外在空气净化技术，尤其是多功能空气净化滤网材料方面已取得了一定成效。其中冷建军发明了一种空气净化器用多功能复合滤网材料及制备方法（中国发明专利申请号201711452348.4），此发明由以下重量分数的组分组成：质量分数为5~10%的N芳香基2-(苯并异噻唑啉-3-酮基)甲酰胺有机抗菌剂，质量分数为10~15%的Ag-MOFs复合材料，质量分数为25~30%的铽掺杂介孔TiO

可见，现有技术中用于空气净化器的滤网材料，很多都存在功能单一的局限性，而采用多种功能复合的多层滤网技术，虽然净化效果有所提高，但是存在构造复杂，成本高，风阻大，更换滤网材料不方便等缺点，影响了复合空气净化滤网材料的发展和应用。

发明内容

针对这种情况，我们提出一种多功能复合型空气净化滤网及制备方法，可有效实现吸附过滤、光催化、负离子释放多功能的空气净化效果，并且制备过程简单，便于推广应用。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：

一种多功能复合型空气净化滤网的制备方法，以5A颗粒分子筛、碳纤维和氧化铝纤维形成滤网骨架结构，浸泡于含有光触媒材料的硅胶溶液中得到负载光触媒材料的滤网材料，然后在表面喷涂负离子释放剂得到多功能复合型空气净化滤网，具体步骤如下：

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维充分混合，然后加入铝溶胶混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的15-20%；将湿润料加入模具压制为厚度为2-3mm厚的片，干燥得到滤网骨架；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末、二氧化锰、氧化锌及氧化镧混合均匀并研磨，然后加入到固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡一定时间后取出并干燥，重复浸泡干燥3~4次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂的负载：将电气石、麦饭石、六环石研磨成粉状，然后加入到固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

优选的，步骤（1）中各原料的重量份为，5A分子筛10~20重量份、碳纤维30~50重量份、氧化铝纤维40~50重量份。其中5A分子筛具有纳米级的微孔，具有良好的吸附和过滤作用；碳纤维与氧化铝纤维构成网络骨架，不但强度好，而且吸附过滤性能优异。

优选的，步骤（1）中所述铝溶胶为固含量为20%-25%的铝溶胶，pH值为5，胶粒粒径约60nm。铝溶胶具有粘接性，将5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维粘接为滤网骨架，且不会使微孔堵塞。

进一步优选的，步骤（1）所述碳纤维的纤维直径为10~20μm，单丝长度为10-15mm；所述氧化铝纤维的纤维直径为3~7μm，单丝长度为3-5mm。

优选的，步骤（2）中各原料的重量份为，纳米二氧化钛粉末20~30重量份、二氧化锰5~8重量份、氧化锌4~8重量份、氧化镧3~6重量份、硅溶胶100~120重量份。

优选的，步骤（2）所述浸泡的时间为2~3h。

优选的，步骤（3）中各原料的重量份为，电气石5~7重量份、麦饭石4~5重量份、六环石5~7重量份、硅溶胶60-80重量份。

本发明创造性地将5A分子筛、碳纤维和氧化铝纤维制备成滤网骨架，不仅降低风阻，而且吸附能力强，结构强度高，耐久性好，依此为基础，负载光触媒材料、负离子释放剂，制得的复合滤网集多种净化功能于一体，使用方便，净化效率高。

本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的多功能复合型空气净化滤网。该空气净化滤网首先将5A分子筛、碳纤维和氧化铝纤维利用铝溶胶粘接成网，不但孔隙丰富、而且强度高，具有优异的吸附、过滤效果；通过将纳米二氧化钛粉末、二氧化锰、氧化锌、以及氧化镧与硅溶胶配制浆料，置于滤网，从而具有良好的催化净化效果；将电气石、麦饭石、六环石均匀喷涂在滤网上，具有负离子释放效果。

本发明提供了一种多功能复合型空气净化滤网及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1.本发明制备的多功能复合型空气净化滤网，有效地集多种净化功能于一体，使用方便，空气净化效率高。

2.本发明采用过滤、吸附能力较强的5A分子筛、碳纤维和氧化铝纤维为滤网骨架结构，可大大降低了风阻，提高实用性。

3.本发明在滤网骨架上负载了催化降解净化空气的催化剂，其与空气接触充分，极大提升了二氧化钛的光催化性能，提高了滤网光催化降解空气中污染物的能力。

4.本发明制得的滤网最外层采用喷涂的方式负载了一层可释放负离子材料，在净化空气中污染物的同时还能释放负氧离子，提高空气质量。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛10重量份、碳纤维30重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的15%；将湿润料加入模具压制为厚度为2mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3m，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末20重量份、二氧化锰5重量份、氧化锌4重量份、氧化镧3重量份混合均匀并研磨，然后加入100重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡2h后取出并干燥，重复浸泡干燥3次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂的负载：将电气石5重量份、麦饭石4重量份、六环石5重量份研磨成粉状，然后加入60重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为50m，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

实施例2

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛15重量份、碳纤维30重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的20%；将湿润料加入模具压制为厚度为3mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3μm，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末20重量份、二氧化锰5重量份、氧化锌4重量份、氧化镧4重量份混合均匀并研磨，然后加入120重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡2h后取出并干燥，重复浸泡干燥4次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂的负载：将电气石5重量份、麦饭石5重量份、六环石7重量份研磨成粉状，然后加入80重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为80μm，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

实施例3

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛20重量份、碳纤维50重量份、氧化铝纤维40重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的20%；将湿润料加入模具压制为厚度为2mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3μm，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末20重量份、二氧化锰7重量份、氧化锌5重量份、氧化镧6重量份混合均匀并研磨，然后加入110重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡3h后取出并干燥，重复浸泡干燥4次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂的负载：将电气石6重量份、麦饭石4重量份、六环石5重量份研磨成粉状，然后加入70重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为100μm，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

实施例4

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛20重量份、碳纤维50重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的20%；将湿润料加入模具压制为厚度为3mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3μm，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末25重量份、二氧化锰5重量份、氧化锌8重量份、氧化镧3重量份混合均匀并研磨，然后加入120重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡2h后取出并干燥，重复浸泡干燥3次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂的负载：将电气石7重量份、麦饭石5重量份、六环石6重量份研磨成粉状，然后加入75重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为100μm，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

对比例1

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛10重量份、碳纤维30重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的15%；将湿润料加入模具压制为厚度为2mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3m，单丝长度为3mm；

（2）负离子释放剂和杀菌材料的负载：将电气石5重量份、麦饭石4重量份、六环石5重量份研磨成粉状，然后加入60重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为50m，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

空气净化滤网制备过程中，未浸涂光触媒材料，其他制备条件与实施例1一致。

对比例2

（1）滤网骨架的制备：将5A分子筛10重量份、碳纤维30重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为5A分子筛、碳纤维、氧化铝纤维总质量的15%；将湿润料加入模具压制为厚度为2mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3m，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末20重量份、二氧化锰5重量份、氧化锌4重量份、氧化镧3重量份混合均匀并研磨，然后加入100重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡2h后取出并干燥，重复浸泡干燥3次，制得制得多功能复合型空气净化滤网。

空气净化滤网制备过程中，未喷涂负离子释放剂，其他制备条件与实施例1一致。

对比例3

（1）滤网骨架的制备：碳纤维30重量份、氧化铝纤维50重量份充分混合，然后加入固含量为20%的铝溶胶（铝溶胶pH值为5，胶粒粒径约60nm），混合得到湿润料，铝溶胶加入量为碳纤维、氧化铝纤维总质量的15%；将湿润料加入模具压制为厚度为2mm厚的片，干燥得到滤网骨架；其中碳纤维的纤维直径为10μm，单丝长度为10mm；氧化铝纤维的纤维直径为3m，单丝长度为3mm；

（2）光触媒材料的负载：将纳米二氧化钛粉末20重量份、二氧化锰5重量份、氧化锌4重量份、氧化镧3重量份混合均匀并研磨，然后加入100重量份固含量为20%的硅溶胶中，混合搅拌均匀制浆，然后将步骤（1）制得的滤网骨架浸泡于浆料，浸泡2h后取出并干燥，重复浸泡干燥3次，制得负载光触媒材料的滤网；

（3）负离子释放剂和杀菌材料的负载：将电气石5重量份、麦饭石4重量份、六环石5重量份研磨成粉状，然后加入60重量份固含量为20%的硅溶胶配制为稀浆体，均匀喷涂于步骤（2）制得的滤网两面，喷涂厚度为50m，干燥，制得多功能复合型空气净化滤网。

空气净化滤网制备过程中，未添加5A分子筛杀菌材料，其他制备条件与实施例1一致。

滤网净化空气效果测试：

（1）30min烟雾颗粒去除率：在30×30×30cm的测试舱内进行试验，先点燃三支香烟，自然燃烧1min，使实验舱充满烟雾，采用PM2.5测试仪测得烟雾的初始浓度；然后将裁切的20×20cm的滤网放入测试舱内，30min后测试PM2.5浓度，计算烟雾颗粒去除率，如表1所示。

（2）24h甲醛去除率：将制得的滤网材料加入空气净化器，参考QB/T2761-2006《室内空气净化产品净化效果测定方法》进行甲醛去除试验，选用1.5m

（3）负离子浓度：将制得的滤网材料加入空气净化器，加入1.5m

表1：