本發(fā)明涉及空氣凈化
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種濾芯材料的制備方法、濾芯材料和空氣凈化器。
背景技術(shù)：
：在目前常見的空氣凈化器中，常見的濾芯材料有活性炭等，然而，現(xiàn)有的濾芯材料對(duì)甲醛等有害氣體的去除方式主要為物理吸附，由于其對(duì)有害氣體，尤其是甲醛，容易達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，故吸附性能不高，導(dǎo)致濾芯材料對(duì)甲醛的去除效率低且使用壽命較短，進(jìn)而制約了空氣凈化器的凈化性能的提高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的是提供一種濾芯材料的制備方法，旨在提高濾芯材料對(duì)甲醛氣體的去除效率的同時(shí)，提高濾芯材料的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的濾芯材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一、制備包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液；步驟二、將包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液，在160～220℃以及在0.9～1.1Mpa的壓力條件下，反應(yīng)18～24小時(shí)，以發(fā)生水熱晶化反應(yīng)制成過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液；步驟三、對(duì)過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液進(jìn)行離心處理，分離得到過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物；步驟四、將過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物經(jīng)干燥處理后，于450～550℃下進(jìn)行焙燒處理，得到過渡金屬氧化物的活性粉體；步驟五、將過渡金屬氧化物的活性粉體與成型助劑充分混合后，通過成型機(jī)成型成半成品，然后再將半成品經(jīng)過干燥和焙燒得到濾芯材料。優(yōu)選地，所述過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液是經(jīng)過以下步驟制成：將過渡金屬前驅(qū)鹽用去離子水完全溶解成濃度40～50g/L的過渡金屬前驅(qū)鹽溶液，將堿用去離子水完全溶解成濃度8～10g/L的堿溶液；將過渡金屬前驅(qū)鹽溶液和堿溶液按照1:1.6～2的質(zhì)量比同時(shí)注入水熱反應(yīng)釜中且通過攪拌以混合均勻，并同時(shí)控制反應(yīng)釜中混合液的pH值為9.5～10.5，反應(yīng)釜溫度為75～85℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為50～150轉(zhuǎn)/分鐘。優(yōu)選地，所述過渡金屬前驅(qū)鹽為氯化錳、醋酸錳、硫酸錳、以及硝酸錳中的至少一種，堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種。優(yōu)選地，步驟二中所述的過渡金屬氧化物晶粒由混合多價(jià)態(tài)過渡金屬氧化物組成，所述過渡金屬氧化物晶粒的粒徑為納米級(jí)。優(yōu)選地，步驟四中的干燥溫度為80～140℃，且干燥后的過渡金屬氧化物的活性粉體的水分含量在6％～8％。優(yōu)選地，所述成型助劑為粘土材料。優(yōu)選地，所述過渡金屬氧化物的活性粉體與成型助劑的質(zhì)量比為1：2～3。優(yōu)選地，步驟五中的干燥溫度為100～130℃，干燥后的濾芯材料的水分含量在1％～4％，焙燒溫度為400～500℃。本發(fā)明還提出一種濾芯材料，所述濾芯材料為顆粒狀，每一顆粒狀的濾芯材料的表面與內(nèi)部均具有多個(gè)微米級(jí)的微孔。其中，所述濾芯材料的制備方法包括以下步驟：步驟一、制備包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液；步驟二、將包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液，在160～220℃以及在0.9～1.1Mpa的壓力條件下，反應(yīng)18～24小時(shí)，以發(fā)生水熱晶化反應(yīng)制成過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液；步驟三、對(duì)過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液進(jìn)行離心處理，分離得到過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物；步驟四、將過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物經(jīng)干燥處理后，于450～550℃下進(jìn)行焙燒處理，得到過渡金屬氧化物的活性粉體；步驟五、將過渡金屬氧化物的活性粉體與成型助劑充分混合后，通過成型機(jī)成型成半成品，然后再將半成品經(jīng)過干燥和焙燒得到濾芯材料。本發(fā)明還提出一種空氣凈化器，包括濾芯材料以及機(jī)身，所述機(jī)身包括設(shè)于機(jī)身內(nèi)部的濾芯，所述濾芯包括多層間隔設(shè)置的過濾網(wǎng)材，所述濾芯材料填充于兩過濾網(wǎng)材的夾層中。本發(fā)明的技術(shù)方案中，相較于目前常見的主要由活性炭組成的濾芯材料，本發(fā)明的制備方法所制成的濾芯材料對(duì)甲醛的凈化性能的提高主要由以下兩方面實(shí)現(xiàn)：一方面，由于濾芯材料以混合多價(jià)態(tài)過渡金屬氧化物為催化活性組分，其價(jià)態(tài)的不斷循環(huán)轉(zhuǎn)化，可使晶粒表面的晶格氧原子有相當(dāng)強(qiáng)的可移動(dòng)性，因而催化的活性較高，同時(shí)，晶粒的納米級(jí)結(jié)構(gòu)也有利于催化活性的提高，如此，就使得其對(duì)甲醛進(jìn)行催化而去除的效率提高，且由于能循環(huán)反應(yīng)，不易出現(xiàn)吸附飽和的現(xiàn)象，故其材料使用壽命也得到提高；另一方面，由于多個(gè)晶粒團(tuán)聚成活性粉體的顆粒，每一活性粉體的顆粒的微觀結(jié)構(gòu)中存在晶粒之間的通道或微孔等，同時(shí)，每一顆粒狀的濾芯材料的成品的表面與內(nèi)部也存在眾多微孔，可以理解，如此高的孔隙率可使濾芯材料對(duì)甲醛的吸附能力以及吸附容量等大大提高，從而可提高去除甲醛的效率以及材料的使用壽命。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明濾芯材料的制備方法一實(shí)施例的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明空氣凈化器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)號(hào)說明：標(biāo)號(hào)名稱標(biāo)號(hào)名稱1機(jī)身2濾芯3進(jìn)風(fēng)格柵板本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)，則該方向性指示僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。另外，若本發(fā)明實(shí)施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，則該“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出一種濾芯材料的制備方法。如圖1所示，在實(shí)施例1中，本發(fā)明提出的濾芯材料的制備方法如下：步驟一、于水熱反應(yīng)釜中制備包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液；步驟二、在水熱反應(yīng)釜中，將包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液在220℃以及在1.1Mpa的壓力條件下，反應(yīng)18小時(shí)，以發(fā)生水熱晶化反應(yīng)制成過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液；步驟三、將過渡金屬氧化物晶粒的懸浮液降至室溫后取出，離心分離得到過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物；步驟四、將過渡金屬氧化物的固態(tài)產(chǎn)物經(jīng)干燥處理后，于550℃下進(jìn)行焙燒處理，得到過渡金屬氧化物的活性粉體；步驟五、將過渡金屬氧化物的活性粉體與成型助劑充分混合后，通過成型機(jī)成型成半成品，然后再將半成品經(jīng)過干燥和焙燒得到濾芯材料。具體地，包含過渡金屬氧化物前驅(qū)體的溶液是經(jīng)過以下步驟制成：首先，將過渡金屬前驅(qū)鹽粉體用去離子水完全溶解成濃度40～50g/L的過渡金屬前驅(qū)鹽溶液，將堿用去離子水完全溶解成濃度38～45g/L的堿溶液；然后，將過渡金屬前驅(qū)鹽溶液和堿溶液按照1：2的質(zhì)量比同時(shí)注入水熱反應(yīng)釜中且通過攪拌以混合均勻，并同時(shí)控制反應(yīng)釜中混合液的pH值為9.5～10.5，反應(yīng)釜溫度為75～85℃，攪拌槳的轉(zhuǎn)速為50～150轉(zhuǎn)/分鐘。在注入完成后即可進(jìn)入步驟2，此時(shí)，在反應(yīng)釜中的混合液應(yīng)包含過渡金屬氧化物的前驅(qū)體及堿等。在本實(shí)施例中，過渡金屬前驅(qū)鹽為氯化錳，堿為氫氧化鈉，在堿性環(huán)境下，可生成非晶態(tài)的錳的氧化物前驅(qū)體，該非晶態(tài)的錳的氧化物前驅(qū)體在步驟二中可發(fā)生水熱晶化反應(yīng)，從而制得錳的氧化物晶粒。在本實(shí)施例的步驟一中，將過渡金屬前驅(qū)鹽溶液與堿溶液同時(shí)注入，且控制反應(yīng)釜中混合液的pH值為9.5～10.5可使得反應(yīng)更充分；而反應(yīng)釜溫度范圍優(yōu)選設(shè)置為75～85℃，是為了提高反應(yīng)物的生成率，當(dāng)溫度低于75℃時(shí)，其反應(yīng)速率降低，且會(huì)產(chǎn)生其他雜質(zhì)，當(dāng)溫度低于85℃時(shí)，其雜質(zhì)產(chǎn)生率也會(huì)提高；通過攪拌槳的攪拌，且攪拌槳的轉(zhuǎn)速優(yōu)選設(shè)為為50～150轉(zhuǎn)/分鐘，可使兩溶液混合更均勻，以使得反應(yīng)更充分，在此，轉(zhuǎn)速應(yīng)低于150轉(zhuǎn)/分鐘，若轉(zhuǎn)速太高，則會(huì)增加對(duì)攪拌設(shè)備的損耗。在步驟二中，錳的氧化物晶粒由混合多價(jià)態(tài)錳的氧化物組成，例如二價(jià)態(tài)、三價(jià)態(tài)的錳的氧化物，且錳的氧化物晶粒的粒徑為納米級(jí)?？梢岳斫?，由于比表面積增大，故納米級(jí)的錳的氧化物晶粒將會(huì)有更好的催化活性。在本步驟中，水熱晶化反應(yīng)的溫度范圍為160～220℃，若溫度太低，則會(huì)發(fā)生反應(yīng)不充分的情況，若溫度太高，則會(huì)促進(jìn)晶粒增長(zhǎng)，使得晶粒粒徑過大，從而降低催化活性。另外，水熱晶化反應(yīng)的時(shí)間范圍為18～24小時(shí)，若反應(yīng)時(shí)間過短，則會(huì)使反應(yīng)不充分，導(dǎo)致目標(biāo)生成物的純度降低，反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)，則也會(huì)促進(jìn)晶粒增長(zhǎng)，并不利于節(jié)約能源以及降低生產(chǎn)效率。在步驟三中，錳的氧化物晶粒的懸浮液的降溫方式優(yōu)選自然降溫，此降溫方式有利于晶粒形態(tài)的控制并節(jié)省能源。在步驟四中，錳的氧化物的固態(tài)產(chǎn)物的干燥溫度范圍具體為80～140℃，干燥方式優(yōu)選使用電熱干燥以去除大部分水分，且干燥后的錳的氧化物的活性粉體的水分含量在6％～8％，當(dāng)然，本步驟中，干燥方式也可使用自然干燥，但其干燥速率較慢，進(jìn)而會(huì)降低生產(chǎn)效率。另外，本步驟中，在550℃的溫度下進(jìn)行焙燒，可使多個(gè)晶粒之間團(tuán)聚為活性粉體的粉顆粒，且由于晶粒間結(jié)晶水的逸出，每一活性粉體的顆粒的微觀結(jié)構(gòu)中存在晶粒之間的通道或微孔等。在步驟五中，出于成本以及成型效果等方面綜合考慮，成型助劑為粘土材料，在本實(shí)施例中，該成型助劑具體為凹凸棒粘土，當(dāng)然，于其他實(shí)施例中，成型助劑還可為其他材料，例如但不限于彭潤(rùn)土等。另外，本步驟的對(duì)于半成品的干燥溫度范圍為100～130℃，干燥后的濾芯材料的水分含量在1％～4％；其焙燒溫度范圍為400～500℃，且最后得到的濾芯材料為尺寸均勻的圓柱狀顆粒。微觀結(jié)構(gòu)觀察可知，由于在干燥與焙燒時(shí)水分子的逸出，該顆粒的表面及內(nèi)部均具有很多蜂窩狀的微孔，且這些微孔通常為微米級(jí)。在此需特別說明的是，本發(fā)明的制備方法制成的濾芯材料對(duì)甲醛的凈化以氣固相催化氧化反應(yīng)原理進(jìn)行，以錳的氧化物為例，其反應(yīng)機(jī)理如下：MnOx-1-O(s)+CH2O(ads)→MnOx-1(s)+2H(ads)+CO2(g)(1)MnOx-1(s)+2H(ads)+O2(g)→MnOx-1-O(s)+H2O(g)(2)其中，濾芯材料以納米結(jié)構(gòu)的混合多價(jià)態(tài)過渡金屬氧化物(本實(shí)例中為MnOx-1-O)為催化活性組分，因此能夠在室溫下有效氧化分解甲醛。在此反應(yīng)機(jī)理中，晶粒表面上的可移動(dòng)晶格氧原子會(huì)參與反應(yīng)，隨后這些被消耗掉的晶格氧原子由氣態(tài)氧分子在晶粒上的吸附和離解所補(bǔ)充。由此可見，晶格氧原子在顆粒的表面的移動(dòng)性對(duì)反應(yīng)活性至關(guān)重要，而這些氧原子的移動(dòng)性則由晶粒中可變化合價(jià)的過渡金屬氧化物MnOx-1-O自身的氧化態(tài)、還原態(tài)的循環(huán)反應(yīng)來完成。而在本發(fā)明的制備方法所制成的濾芯材料中，由于其活性組分過渡金屬氧化物MnOx-1-O存在著多種價(jià)態(tài)，且易于相互轉(zhuǎn)化，從而使晶粒表面的晶格氧原子有相當(dāng)強(qiáng)的可移動(dòng)性，因此本濾芯材料具有很好的甲醛催化氧化活性。具體地，本濾芯材料對(duì)甲醛的凈化過程如下，首先，環(huán)境空氣中的氣態(tài)甲醛CH2O(g)吸附到顆粒表面形成吸附態(tài)的CH2O(ads)，然后在反應(yīng)式(1)中吸附態(tài)的CH2O(ads)在活性組分MnOx-1-O(s)的催化作用下生成氣態(tài)CO2(g)釋放到空氣中，同時(shí)也產(chǎn)生吸附態(tài)的H(ads)；在反應(yīng)式(2)中失去晶格氧原子的MnOx-1(s)、吸附態(tài)H(ads)和氣態(tài)氧分子O2(g)共同作用，重新生成MnOx-1-O(s)和氣態(tài)H2O(g)。隨著(1)、(2)兩個(gè)反應(yīng)在MnOx-1-O(s)表面進(jìn)行，不斷的將CH2O(ads)轉(zhuǎn)化成無害的CO2(g)和H2O(g)，從而達(dá)到凈化空氣中甲醛的目的。在本實(shí)施例中，相較于目前常見的活性炭的濾芯材料，本發(fā)明的制備方法所制成的濾芯材料對(duì)甲醛的凈化性能的提高主要由以下兩方面實(shí)現(xiàn)：一方面，由于濾芯材料以混合多價(jià)態(tài)過渡金屬氧化物為催化活性組分，其價(jià)態(tài)的不斷循環(huán)轉(zhuǎn)化，同時(shí)，晶粒的納米級(jí)結(jié)構(gòu)也有利于催化活性的提高，如此，就使得其對(duì)甲醛進(jìn)行催化而去除的效率提高，且由于能循環(huán)反應(yīng)，不易出現(xiàn)吸附飽和的現(xiàn)象，故其材料使用壽命也得到提高；另一方面，由于多個(gè)晶粒團(tuán)聚成活性粉體的顆粒，每一活性粉體的顆粒的微觀結(jié)構(gòu)中存在晶粒之間的通道或微孔等，同時(shí)，每一顆粒狀的濾芯材料的成品的表面與內(nèi)部也存在眾多微孔，可以理解，如此高的孔隙率可使濾芯材料對(duì)甲醛的吸附能力以及吸附容量等大大提高，從而可提高去除甲醛的效率以及材料的使用壽命。實(shí)施例2一種濾芯材料的制備方法，具體步驟如下：首先，將硫酸錳粉體用去離子水完全溶解成濃度40～50g/L的硫酸錳溶液，將氫氧化鉀用去離子水完全溶解成濃度38～45g/L的堿溶液；然后，重復(fù)實(shí)施例1中的制備步驟，但其步驟二中的水熱晶化反應(yīng)溫度為160℃，反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)。在上述實(shí)施例中，濾芯材料采用以下方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，其數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)論具體請(qǐng)參照表1、表2、以及表3。當(dāng)然，本濾芯材料除了可高效率的去除甲醛氣體外，還可以有效去除乙醛、乙酸、氨、硫化氫、臭氧等有害氣體，其適用范圍廣泛。表1甲醛吸附量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照表如表1所示，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照可知，相較于目前常見的濾芯材料，例如活性炭或竹炭，本發(fā)明制備方法所制備的濾芯材料對(duì)甲醛具有明顯的吸附效果。表2甲醛穿透吸附時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照表表3甲醛一小時(shí)去除率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照表本發(fā)明還提出一種濾芯材料和具有該濾芯材料的空氣凈化器，該空氣凈化器包括由濾芯材料以及機(jī)身1，具體地，機(jī)身1內(nèi)腔的下部設(shè)有濾芯2，機(jī)身的外殼上對(duì)應(yīng)該濾芯2設(shè)有進(jìn)風(fēng)格柵板3，其中，濾芯2包括多層間隔設(shè)置的過濾網(wǎng)材(未標(biāo)示)，濾芯材料(未標(biāo)示)則填充于兩過濾網(wǎng)材的夾層中。該濾芯材料的制備方法具體參照上述實(shí)施例，由于本濾芯材料和本空氣凈化器采用了上述所有實(shí)施例的全部技術(shù)方案，因此至少具有上述實(shí)施例的技術(shù)方案所帶來的所有有益效果，在此不再一一贅述。另外，本濾芯材料除了可以應(yīng)用于空氣凈化器之外，還可應(yīng)用于其他需對(duì)空氣進(jìn)行凈化的產(chǎn)品，例如但不限于空調(diào)等，也可以做成單獨(dú)的空氣凈化產(chǎn)品，例如吸附包等。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3