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CN105817087A - 具有多层结构的复合型空气净化滤芯 - Google Patents

具有多层结构的复合型空气净化滤芯 Download PDF

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CN105817087A CN201610310854.9A CN201610310854A CN105817087A CN 105817087 A CN105817087 A CN 105817087A CN 201610310854 A CN201610310854 A CN 201610310854A CN 105817087 A CN105817087 A CN 105817087A
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李晓波
邓敏
张方兴
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Abstract

本发明公开了一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，包括：用以除去空气中大颗粒污染物的粗滤层、用以对空气中的腐蚀性气体进行吸附并分解的金属/分子筛层、用以吸附空气中的有机有害气体并将其进行催化分解的有机吸附层、用以吸附空气中小颗粒污染物的颗粒吸附层以及用以除去空气中的细菌和霉菌等有害微生物的杀菌层。本发明提供的具有多层结构的复合型空气净化滤芯可以实现对多种有害物质的有效吸附和处理，克服传统空气净化滤芯功能单一、效率较低且容易产生二次污染等方面的问题，具有吸附效率高、吸附速度快、吸附容量大、处理范围宽、对环境友好并且能处理有害气体等方面的优点，市场应用前景广阔。

Description

具有多层结构的复合型空气净化滤芯
技术领域
本发明涉及一种复合型空气净化滤芯，特别涉及一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，属于空气净化领域。
背景技术
近些年来，随着现代工业高速发展，环境污染越来越严重，尤其是经济高速发展的中国。长期生活在浑浊的空气中，会对人体的神经系统、呼吸系统、免疫系统造成很大的伤害，导致免疫力下降和相关疾病的产生。与此同时，随着人们生活质量的不断提高，在对生活环境力求舒适、安逸的同时也要求具有养生、保健的功能。
目前空气中的主要污染物包括几个方面：一是可吸入颗粒、粉尘、烟雾、花粉；二是各种微生物、细菌、真菌和病毒等；三是有害挥发气体如氨气、一氧化碳、甲醛、苯等。污染源主要来源于工业、交通运输及生活炉灶与采暖锅炉，特别是工业排放到大气中的污染物种类繁多，比如烟尘、硫的氧化物、氮的氧化物、有机化合物、卤化物、碳化合物等。
最近几年，随着雾霾天气的频繁出现，室内空气的质量越来越受到广泛的关注。因此，空气净化器的需求量增大。现在常用的空气净化器采用的是有机纤维等材料编制的滤材结合活性碳等物质来吸附空气中的微细颗粒和一些有机物等。CN2541781Y公开了一种空调空气净化网，包括外层网状骨架和覆盖其上的滤芯，其中滤芯是在外层网状骨架上覆以经特殊处理的多褶式无纺布构成，在无纺布上还涂有经特殊处理的活性炭层、光催化复合粉体以及抗病毒杀菌药水，在吸附有害物质的同时，可以去除空气中的细菌、病毒、霉菌等。但是采用颗粒状吸附材料对空气进行过滤的会存在一个饱和吸附状态，而且小的活性炭颗粒会随着气流吹到空气中形成污染物，导致所谓的掉渣现象，导致二次污染。
为了改善这种状况，CN103768871A中公开了无纺布和活性炭纤维相结合，用来克服现有的滤芯出现掉渣和二次污染的不足二次污染方面的缺点，其中，活性碳纤维则为纤维状，纤维上布满微孔用来吸附有害气体。虽然在一定程度上改善了传统滤网二次污染方面的缺点，但对于空气中的酸性气体如硫化氢、二氧化硫及含氯离子的酸性气体无法吸附，对小于2.5微米的小颗粒污染物也难以吸附，而且对于吸附的甲醛等有机气体也无法分解。
因此，如何发展出一种能够有效净化空气的滤芯已经成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例中提供了一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其包括粗滤层和在空气行进方向上分布于粗滤层后方的金属/分子筛层、有机吸附层、颗粒吸附层及杀菌层，其中所述粗滤层至少用以滤除空气中尺寸相对较大的污染物，所述杀菌层至少用以除去空气中的有害微生物，所述金属/分子筛层至少用以除去空气中的腐蚀性气体和初步吸附空气中的有机污染物，所述有机吸附层至少用以降解除去空气中的有机污染物，所述颗粒吸附层至少用以去除空气中尺寸相对较小的颗粒污染物。
与现有技术相比，本发明的优点包括：提供的具有多层结构的复合型空气净化滤芯可以实现对多种有害物质的有效吸附和处理，尤其对于甲醛等有害有机气体进行两次吸附，达到较高吸附效率，克服传统空气净化滤芯功能单一、效率较低且容易产生二次污染等方面的问题，具有吸附效率高、吸附速度快、吸附容量大、处理范围宽、对环境友好并且能处理有害气体等方面的优点，有广阔的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是为本发明一实施例中一种复合型空气净化滤芯的结构示意图；
附图标记说明：粗滤层1，金属/分子筛层2，有机吸附层3，颗粒吸附层4，杀菌层5。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例中提供了一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其包括粗滤层和在空气行进方向上分布于粗滤层后方的金属/分子筛层、有机吸附层、颗粒吸附层及杀菌层，其中所述粗滤层至少用以滤除空气中尺寸相对较大的污染物，所述杀菌层至少用以除去空气中的有害微生物，所述金属/分子筛层至少用以除去空气中的腐蚀性气体和初步吸收空气中的有机污染物，所述有机吸附层至少用以降解除去空气中的有机污染物，所述颗粒吸附层至少用以去除空气中尺寸相对较小的颗粒污染物。
其中，利用所述金属/分子筛层和所述有机吸附层能够对空气中的有机污染物(例如甲醛)进行两次吸附，达到较高吸附效率。
进一步的，所述粗滤层、金属/分子筛层、有机吸附层、颗粒吸附层和杀菌层于空气行进方向上依次设置。
进一步的，所述粗滤层包括由环境友好的聚合物制成的网格状结构。较为优选的，所述网格状结构中的网格尺寸为1mm*1mm～10mm*10mm。
较为优选的，所述粗滤层的厚度为0.1mm～5mm。
较为优选的，所述聚合物可包括环烯共聚物(COC)、聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA)中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
较为优选的，所述网格状结构包括三角形网状结构、四边形网状结构、五边形网状结构或六边形网状结构中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
进一步的，所述金属/分子筛层包含主要由金属和/或金属氧化物及分子筛材料制成的网格状结构。
较为优选的，所述金属和/或金属氧化物包含铝、钛、镁、铁和铜中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
较为优选的，所述分子筛材料选自能够吸附甲醛等有害有机污染物的分子筛材料。
进一步的，所述分子筛材料包括A型、X型和Y型的一种或两种以上的任意组合，其形状可以为条状或球状等且不限于此。
因此，所述金属/分子筛层能够用以吸附空气中的腐蚀性气体(特别是酸性气体)，且可以对甲醛等有害有机污染物(特别是气体状的有机污染物)进行初级吸附。
较为优选的，所述金属/分子筛层的厚度为0.5～5mm。
较为优选的，所述金属/分子筛层中的网格尺寸为1mm*1mm～10mm*10mm。
进一步的，所述有机吸附层包括活性碳纤维布，且所述活性碳纤维布表面和/或内部分布有能够催化降解有机污染物的物质。
较为优选的，所述有机吸附层的厚度为0.1mm～5mm。
较为优选的，所述活性碳纤维布的比表面积为500～2500m2/g。
更进一步的，所述活性碳纤维布在同一面积上对有机物的吸附容量为活性炭的1.5～100倍，吸附能力为活性炭的10～400倍。
进一步的，所述能够催化降解有机污染物的物质包括纳米颗粒和/或亚硫酸盐。
较为优选的，所述纳米颗粒包括纳米金属氧化物颗粒和/或纳米金属硫化物颗粒中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
例如，所述纳米金属氧化物颗粒包括纳米级氧化钛颗粒、纳米级氧化锌颗粒及纳米级氧化锡颗粒中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
例如，所述纳米金属硫化物颗粒包括硫化镉纳米颗粒，但不限于此。
例如，所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠和/或亚硫酸氢钠，但不限于此。
进一步的，所述颗粒吸附层包含由超细玻璃纤维滤纸与无纺布复合形成的折叠型结构。
较为优选的，所述颗粒吸附层的厚度为0.1mm～1mm。
进一步的，所述尺寸相对较小的颗粒污染物的粒径小于或等于PM2.5颗粒物的粒径。
进一步的，所述颗粒吸附层至少用于吸收空气中的带电荷的尘埃。
进一步的，所述杀菌层包含超细玻璃纤维滤纸与碳纤维滤纸的复合材料。
较为优选，所述杀菌层的厚度为0.1mm～1mm。
进一步的，所述复合材料表面和/或内部分布有纳米Ag材料、纳米Cu材料以及纳米级石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
较为优选的，所述超细玻璃纤维滤纸材质包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯中的任意一种或两种的组合，但不限于此。
采用本发明提供的滤芯，进入空气净化器的空气先经过粗滤层去除毛发、飞絮和粗颗粒等污染物，避免后续吸附层的堵塞。然后经过金属/分子筛层进行酸性气体的吸附和处理，去除空气中的二氧化硫、硫化氢等有害气体，并进行甲醛等有害有机气体的初步吸附。随后经过被纳米级氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等物质修饰的活性炭纤维布，可以对空气中的甲醛进行有效吸附，同时可以进行有效分解。再次经过HEPA/无纺布复合型高效过滤材质进行微细颗粒的吸附，去除空气中对人体有害的PM2.5和更小粒径的微小颗粒物。最后经过纳米Ag、Cu或纳米级石墨烯的玻璃纤维滤纸杀菌层，进行空气中细菌、病毒和微生物的处理，实现空气中的净化过程。
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
实施例1
参见图1所示，本实施例提供一种具有多层结构的功能复合型空气净化滤芯，包括五层结构，依次为粗滤层1、金属/分子筛层2、有机吸附层3、颗粒吸附层4和杀菌层5。
本实施例中所述粗滤层1采用环烯共聚物材质，通过注塑方法形成网格结构，厚度约为2mm，具有高效率、低成本的优点，不但对环境友好，而且对毛发、飞絮、大颗粒污染物进行有效的吸附，防止其对后续吸附层的堵塞。
本实施例中的金属/分子筛层2金属采用铝材质，通过压制的方法制备，厚度约为1mm，为四边形网格结构，对空气中的二氧化硫、硫化氢和含氯离子等有害气体进行有效吸附。分子筛优选采用5A级，其能对腐蚀性气体进行吸收，同时还可以对甲醛进行初步吸附。
本实施例中的有机吸附层3采用活性炭纤维布，其纤维直径细，组成的微孔很多，吸附物质到达吸附位置的扩散路径短，而且其比表面积很大，可到2500m2/g，吸附容量是活性炭的1.5-100倍，吸附能力可达到活性炭的400倍，是一种非常适合于进行有机物吸附的材料。
而且，活性炭纤维布上通过化学合成的方法，在其表面通过浸润的方式进行TiO2纳米颗粒的修饰，可以在吸附甲醛、苯等有机有害气体的同时进行有害物质的分解，达到彻底清除有害气体的功效。
本实施例中的颗粒吸附层4可采用高滤材料超细玻璃纤维结合无纺布的复合材料经热压的方式形成的双层过滤材料，其不仅具有新一代环保材料拒水、透气、柔韧、不助燃、无毒无刺激性、易于洗涤等方面的特点，而且其对带电荷的尘埃和PM2.5小颗粒尘埃有超强吸附能力。
本实施例中的杀菌层5采用纳米Ag结合超细玻璃纤维材料(HEPA)，通过喷涂的方法在超细玻璃纤维上喷涂杀菌剂制得。所述杀菌剂采用纳米银粒子，由于粒径在25nm以下的纳米银粒子能穿透细菌或病毒的细胞壁，其与细菌或病毒用于呼吸的基酶结合，使细菌、病毒窒息而死，从而有效的对室内的空气进行杀菌消毒。
本实施例在实际运用时，进入空气净化器的空气先经过粗滤层去除毛发、飞絮和粗颗粒等污染物，避免后续层的堵塞。然后经过金属/分子筛层进行酸性气体的吸附，去除空气中的二氧化硫、硫化氢等有害气体，并进行甲醛等气体的初级吸附。随后经过被纳米级氧化钛(TiO2)或氧化锌(ZnO)等物质修饰的活性炭纤维布，可以对空气中的甲醛进行有效吸附，同时可以进行分解。再次经过HEPA高效过滤材质进行微细颗粒的吸附，去除空气中对人体有害的PM2.5等颗粒物。最后经过纳米Ag、Cu或纳米级石墨烯的玻璃纤维滤纸杀菌层，进行空气中细菌、病毒和微生物的处理，实现空气中的净化过程。
综上，本发明实施例采用的复合型净化器滤芯对酸性气体、悬浮粒子和PM2.5和更小粒径的微细颗粒有较明显的吸附能力。其中，利用金属网格进行酸性有害气体的吸附和处理，并通过分子筛对甲醛进行初级吸附；利用活性炭纤维布作为有机气体的吸附材料，不仅解决了采用颗粒状吸附材料时小颗粒易漏出的问题，而且其上修饰的纳米颗粒可以多有害气体进行分解，达到彻底清除的效果；利用超细玻璃纤维/无纺布复合材料可以实现更小颗粒的有效吸附，且吸附效率高、吸附容量大；在高效吸附材质HEPA上添加纳米银解决了传统空气净化滤芯无杀菌效果的问题。与传统空气净化滤芯相比，本发明提供的滤芯可以实现对多种有害物质的有效吸附和处理，尤其对于甲醛具有很高的吸附效率，克服传统空气净化滤芯功能单一、效率较低且容易产生二次污染等方面的问题，具有吸附效率高、处理范围宽、对环境友好并且能处理有害气体等方面的优点，有广阔的市场应用前景。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于包括粗滤层和在空气行进方向上分布于粗滤层后方的金属/分子筛层、有机吸附层、颗粒吸附层及杀菌层，其中所述粗滤层至少用以滤除空气中尺寸相对较大的污染物，所述杀菌层至少用以除去空气中的有害微生物，所述金属/分子筛层至少用以除去空气中的腐蚀性气体和初步吸附空气中的有机污染物，所述有机吸附层至少用以降解除去空气中的有机污染物，所述颗粒吸附层至少用以去除空气中尺寸相对较小的颗粒污染物。
2.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述粗滤层、金属/分子筛层、有机吸附层、颗粒吸附层和杀菌层于空气行进方向上依次设置。
3.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述粗滤层包括由对环境友好的聚合物制成的网格状结构，所述网格状结构中的网格尺寸为1mm*1mm～10mm*10mm；和/或，所述粗滤层的厚度为0.1mm～5mm。
4.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述金属/分子筛层包含由金属和/或金属氧化物及分子筛材料制成的网格状结构，所述金属和/或金属氧化物包含铝、钛、镁、铁和铜中的任意一种或两种以上的组合，且所述网格状结构中的网格尺寸为1mm*1mm～10mm*10mm；和/或，所述金属/分子筛层的厚度为0.5mm～5mm。
5.根据权利要求4所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述分子筛材料选自能够吸附空气中有机污染物的分子筛材料；和/或，所述分子筛材料包括A型、X型和Y型分子筛材料的一种或两种以上的任意组合；和/或，所述分子筛材料的形状包括条状或球状。
6.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述有机吸附层包括活性碳纤维布，且所述活性碳纤维布表面和/或内部分布有能够催化降解有机污染物的物质；和/或，所述有机吸附层的厚度为0.1mm～5mm。
7.根据权利要求6所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述能够催化降解有机污染物的物质包括纳米颗粒和/或亚硫酸盐；其中，所述纳米颗粒包括纳米金属氧化物颗粒和/或纳米金属硫化物颗粒，所述纳米金属氧化物颗粒包括纳米级氧化钛颗粒、纳米级氧化锌颗粒及纳米级氧化锡颗粒中的任意一种或两种以上的组合，所述纳米金属硫化物颗粒包括硫化镉纳米颗粒；所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠和/或亚硫酸氢钠。
8.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述颗粒吸附层包含由超细玻璃纤维滤纸与无纺布复合形成的折叠型结构；和/或，所述颗粒吸附层的厚度为0.1mm～1mm。
9.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述尺寸相对较小的颗粒污染物的粒径小于或等于PM2.5颗粒物的粒径。
10.根据权利要求1所述的具有多层结构的复合型空气净化滤芯，其特征在于：所述杀菌层包含超细玻璃纤维滤纸与碳纤维滤纸的复合材料，且所述复合材料表面和/或内部分布有纳米Ag材料、纳米Cu材料以及纳米级石墨烯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述杀菌层的厚度为0.1mm～1mm。
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