一种具有除甲醛和去异味功能的滤网及制备与应用
阅读：308发布：2021-12-02
专利汇可以提供一种具有除甲醛和去异味功能的滤网及制备与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于空气 净化 材料领域，公开了一种具有除甲 醛 和去异味功能的滤网及制备与应用。将含锰化合物、含 铁 化合物和 草酸 盐加入到 水 中70～120℃水热反应，产物经分离、洗涤、干燥，得到粉末状锰基催化剂；将所得锰基催化剂加入到水中，超声处理均匀分散，再往溶液中加入SiO2凝胶，搅拌分散均匀，得到胶液；将所得胶液 喷涂 到滤网材料的正反两面，干燥后得到具有除甲醛和去异味功能的滤网。本发明所得锰基催化剂及滤网实现了在室温下快速降解低浓度甲醛。由其制备的除甲醛 风 扇可去除室内和 汽车 中异味和VOCs。，下面是一种具有除甲醛和去异味功能的滤网及制备与应用专利的具体信息内容。
1.一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)将含锰化合物、含铁化合物和草酸盐加入到水中，搅拌混合均匀后在70～120℃温度下水热反应，反应结束后自然冷却至室温，固体产物经分离、洗涤、干燥，得到粉末状锰基催化剂；
(2)将步骤(1)所得锰基催化剂加入到水中，超声处理均匀分散，再往溶液中加入SiO2凝胶，搅拌分散均匀，得到胶液；
(3)将步骤(1)所得胶液喷涂到滤网材料的正反两面，干燥后得到具有除甲醛和去异味功能的滤网。
2.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述含锰化合物是指高锰酸钾、高锰酸钠中的一种或两种；所述含铁化合物是指高铁酸钾、氯化铁、硫酸铁中的至少一种；所述草酸盐是指草酸钠、草酸钾、草酸铵中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述水热反应的时间为7～14h；所述分离、洗涤、干燥的过程为：用蒸馏水浸泡并搅拌，待产物沉降之后，将上层的水倒掉，反复操作多次，直到清洗之后的水没有颜色，然后将清洗好产物在50～150℃温度下干燥1～10h。
4.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述SiO2凝胶通过如下方法制备得到：
以TEOS为前驱物，氨水为催化剂，乙醇为溶剂，首先将TEOS与乙醇混合，然后加入氨水溶液搅拌混合加热反应，得到透明的SiO2凝胶溶液，加热蒸发溶剂，得到SiO2凝胶。
5.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述锰基催化剂:水:SiO2凝胶的质量比为1:(0.5～3):(1～4)。
6.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述超声处理的时间为5～30min。
7.根据权利要求1所述的一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述滤网材料是指PET无纺布、尼龙网、聚氨脂海绵或不锈钢网；所述胶液喷涂的厚度为400～500μm，所述干燥是指在100℃温度下干燥5～6h。
8.一种具有除甲醛和去异味功能的滤网，其特征在于：通过权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
9.权利要求8所述的具有除甲醛和去异味功能的滤网在制备除甲醛风扇中的应用，其特征在于：所述除甲醛风扇包括风扇腔体、腔体内的扇叶和腔体外的电机，风扇腔体包括出风方向的前网罩和进风方向的后网罩，扇叶通过传动轴穿过后网罩与电机相连；所述腔体内、扇叶外围固定设置一导流风筒，具有除甲醛和去异味功能的滤网设置于导流风筒与前网罩之间。
10.根据权利要求9所述的具有除甲醛和去异味功能的滤网在制备除甲醛风扇中的应用，其特征在于：所述前网罩与风扇腔体通过卡扣固定连接，具有除甲醛和去异味功能的滤网通过该卡扣固定于导流风筒与前网罩之间。
一种具有除甲醛和去异味功能的滤网及制备与应用
技术领域
背景技术
[0002] 随着社会的迅速发展和居民生活水平的提升，人们更加注重对家居环境的美化和设计，尤其看重对室内的装修和装饰。而在房屋装修时，家具、墙壁涂料、墙纸、地板等材料会持续性地向封闭的室内环境释放甲醛，危害人体健康。甲醛是一种具有强烈刺激性气味的无色气体，长期暴露在空气中会使人体产生不良反应如头痛、头晕、恶心、失眠、心悸、记忆力衰退等，是室内装修的“第一杀手”。《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)规定室内空气中甲醛卫生标准为0.08mg/m3，而新装修的房屋室内甲醛浓度平均为0.20mg/m3，最高可达0.81mg/m3，严重超标；加之新装修的室内地板、家具中的甲醛可以持续释放3-5年甚至更长时间。但是在冬天室外温度较低或夏天室外温度较高的情况下不能长时间开窗通风，导致房间内甲醛积聚，长时间处于此种环境会影响人的身体健康。
[0003] 在当前高科技的发展下，净化室内甲醛的国内外研究已经很多，各种甲醛净化材料也相继出现，类似活性炭的吸附剂，以二氧化钛和贵金属为代表的催化剂，各种能释放无毒无害的香味掩盖甲醛异味的空气清新剂等。这些甲醛吸附剂能在一定程度上实现对甲醛的净化，但室内甲醛的释放是一个持久过程且这些吸附剂与空气接触不够充分，使得净化甲醛的能力大大降低，且不能实现反复利用。另外，二氧化钛和贵金属的甲醛分解催化剂虽能将甲醛分解，但是贵金属材料成本高，而二氧化钛需要紫外光进行催化反应，这些限制二氧化钛和贵金属的应用。此外，空气清新剂多是暂时掩盖甲醛的味道，不能达到真正去除甲醛目的。
[0004] 随着人们生活水平的日益提高，可为人们带来舒适环境的风扇，不仅可用于提供凉风，同时很多已经安装有空调系统的家庭也会购买电风扇，用于家庭中空气的循环流通，起到辅助空气调节的作用，所以一般电风扇的工作时间都较长，且在许多公共场所应用也较广泛。一般只具提供凉风和调节空气的作用。因此，风扇行业人员可以多方面设计，如何使得风扇功能多元化，具备除甲醛除异味的功效，应用于室内和汽车内的空气净化。
[0005] 目前，中国专利201621420110.4公开了一种室内甲醛净化轴流风扇，通过制备浸渍含有亚硫酸钠、氯化铵、硫酸铵和硝酸铵的混合液的活性海绵的过滤网，经过风机吹扫，实现过滤除甲醛。此实用新型专利，采用化学反应除甲醛，除甲醛的寿命有限，不具备清洗和重复使用的功能。中国专利201721232637.9公开了一种吸霾除甲醛抑菌的风扇，通过设计一种内壁含有二氧化锰或氧化铜镀层的镂空金属筒的吸霾棒，通过静电电离空气产生臭氧，大部分被二氧化锰涂层或氧化铜涂层催化氧化得到氧气，微量臭氧在空气中分解甲醛，但是，臭氧会对环境产生污染，且除甲醛效果有限。因此，制备出一种高效除甲醛、可反复利用的除甲醛风扇滤网是该行业亟待思考的问题。
发明内容
[0006] 针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法。
[0007] 本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有除甲醛和去异味功能的滤网。
[0008] 本发明的再一目的在于提供上述具有除甲醛和去异味功能的滤网在制备除甲醛风扇中的应用。
[0009] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0010] 一种具有除甲醛和去异味功能的滤网的制备方法，包括如下制备步骤：
[0012] (2)将步骤(1)所得锰基催化剂加入到水中，超声处理均匀分散，再往溶液中加入SiO2凝胶，搅拌分散均匀，得到胶液；
[0013] (3)将步骤(1)所得胶液喷涂到滤网材料的正反两面，干燥后得到具有除甲醛和去异味功能的滤网。
[0015] 进一步地，步骤(1)中所述水热反应的时间为7～14h。
[0016] 进一步地，步骤(1)中所述分离、洗涤、干燥的过程为：用蒸馏水浸泡并搅拌，待产物沉降之后，将上层的水倒掉，反复操作多次，直到清洗之后的水没有颜色，然后将清洗好产物在50～150℃温度下干燥1～10h。
[0017] 进一步地，步骤(2)中所述SiO2凝胶通过如下方法制备得到：
[0019] 进一步地，步骤(2)中所述锰基催化剂:水:SiO2凝胶的质量比为1:(0.5～3):(1～4)。
[0020] 进一步地，步骤(2)中所述超声处理的时间为5～30min。
[0022] 进一步地，步骤(3)中所述胶液喷涂的厚度为400～500μm，所述干燥是指在100℃温度下干燥5～6h。
[0023] 一种具有除甲醛和去异味功能的滤网，通过上述方法制备得到。
[0024] 上述具有除甲醛和去异味功能的滤网在制备除甲醛风扇中的应用，所述除甲醛风扇包括风扇腔体、腔体内的扇叶和腔体外的电机，风扇腔体包括出风方向的前网罩和进风方向的后网罩，扇叶通过传动轴穿过后网罩与电机相连；所述腔体内、扇叶外围固定设置一导流风筒，具有除甲醛和去异味功能的滤网设置于导流风筒与前网罩之间。
[0025] 进一步地，所述前网罩与风扇腔体通过卡扣固定连接，具有除甲醛和去异味功能的滤网通过该卡扣固定于导流风筒与前网罩之间。以方便滤网的拆卸清洗或更换。
[0026] 本发明利用原位固定生长杂化的锰基复合催化剂，在室温下对甲醛的催化降解性能，并通过气凝胶固定技术固定催化剂在滤网材料上，制备得到一种可反复清洗、重复利用的除甲醛和去异味功能的滤网，并应用于制备除甲醛风扇，提高风扇的分解甲醛和异味的效率，在室内和汽车的空气净化中应用前景广阔。
[0027] 相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
[0028] (1)本发明所得锰基催化剂实现了在室温下快速降解低浓度甲醛。对于甲醛初始浓度为1mg/m3的50L空间，处理30min后，甲醛去除率可达到90％以上。
[0029] (2)本发明制备的滤网表面负载具有室温催化降解甲醛和异味功能催化剂，具有疏松多孔的空间结构与极大的比表面积，能使甲醛迅速富集在其表面，达到快速催化降解的目的。
[0031] (4)本发明除甲醛风扇中的滤网可直接拆卸下来进行水洗，晒干后可重复使用，重复清洗10次后，其催化降解甲醛率降低在9.6％以内。
[0032] (5)本发明的除甲醛风扇利用空气动力学原理，形成强劲的风量，搅动室内空气，并通过折射，使室内产生对流风，从而加速室内空气流通，室内甲醛充分被降解。风扇采用导流风筒，出风口形成环绕直流风，气流稳定，形成强劲风力，风力集中吹得更远，克服了现有风扇阻力大，循环效果差，除醛率低的问题。
[0033] (6)本发明的除甲醛风扇，可去除室内和汽车中异味和VOCs，分解乙醇和丙酮可到90％以上，应用于甲醛超标的室内和汽车中，甲醛浓度可以达到0.08mg/m3以下，符合国家《居室空气中甲醛的卫生标准》规定的居室空气中标准。
附图说明
附图说明
[0034] 图1为采用本发明具有除甲醛和去异味功能的滤网制备的除甲醛风扇的结构示意图；图中标记说明如下：1-风扇腔体，2-扇叶，3-电机，4-前网罩，5-后网罩，6-导流风筒，7-具有除甲醛和去异味功能的滤网。
[0035] 图2～6分别为实施例1～5所得滤网制备的除甲醛风扇对甲醛的催化降解图。
[0036] 图7是实施例8中除甲醛风扇对VOC(乙醇)的催化降解图。
[0037] 图8是实施例9中除甲醛风扇对异味(丙酮)的催化降解图。
[0038] 图9是实施例10中除甲醛风扇和车载净化器对甲醛的催化降解图。
具体实施方式
[0039] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0040] 以下实施例中的SiO2凝胶通过如下方法制备：首先将TEOS和适量的乙醇混合加入500mL带有磨口塞的三颈锥圆底烧瓶中，温和搅拌2min，让TEOS与乙醇充分混合，然后将适量的去离子水和氨水混合，磁力搅拌1min，使氨水和去离子水混合均匀，将混合液快速地加入到上述反应液中，强烈搅拌2min后，再恒温加热磁力油浴锅，温和搅拌20h，即可制得透明的SiO2凝胶溶液。将所得凝胶溶液加热蒸发溶剂得到SiO2凝胶。
[0041] 实施例1
[0042] (1)称取2.5kg高锰酸钠、2.5kg氯化铁和3.8kg草酸铵于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。85℃水热搅拌反应12h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料10min，等材料缓慢沉降之后，将上层的水倒掉。反复操作多次，直到清洗之后的水没有颜色。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
[0043] (2)将催化剂与水按1:1.5的比例混合，超声30min直到催化材料在水溶液中均匀分散。再往溶液中加入2倍催化剂分量的SiO2凝胶，搅拌30min充分分散后得到胶液。
[0044] (3)将上述制备的胶液喷涂到PET无纺布正反两面上形成复合无纺布，控制胶液单面涂层的厚度在400-500μm，将复合无纺布放置在100℃下干燥6h，得到具有除甲醛和去异味功能的复合无纺布。
[0045] 实施例2
[0046] (1)称取2.5kg高锰酸钠、2.5kg硫酸铁和4kg草酸钾于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。85℃水热搅拌反应12h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料10min，等材料缓慢沉降之后，将上层的水倒掉。反复操作多次，直到清洗之后的水没有颜色。将清洗好的材料放入烘箱中75℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
[0047] (2)将催化剂与水按1:2的比例混合，超声30min直到催化材料在水溶液中均匀分散。再往溶液中加入2倍催化剂分量的SiO2凝胶，搅拌30min充分分散后得到胶液。
[0048] (3)将上述制备的胶液喷涂到尼龙网正反两面上形成复合尼龙网，控制胶液单面涂层的厚度在400-500μm，将复合尼龙网放置在100℃下干燥6h，得到具有除甲醛和去异味功能的复合尼龙网。
[0049] 实施例3
[0050] (1)称取3kg高锰酸钾、2kg硫酸铁和4kg草酸铵于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。85℃水热搅拌反应12h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料10min，等材料缓慢沉降之后，将上层的水倒掉，反复操作3次，直到清洗之后的水没有颜色。将清洗好的材料放入烘箱70℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
[0051] (2)将催化剂与水按1:2的比例混合，超声30min直到催化材料在水溶液中均匀分散。再往溶液中加入4倍催化剂分量的SiO2凝胶，搅拌30min充分分散后得到胶液。
[0052] (3)将上述制备的胶液喷涂到不锈钢网正反两面上形成复合不锈钢网，控制胶液单面涂层的厚度在400-500μm，将复合不锈钢网放置在100℃下干燥6h，得到具有除甲醛和去异味功能的复合不锈钢网。
[0053] 实施例4
[0054] (1)称取1.2kg高锰酸钾、1.3kg高锰酸钠、1.2kg氯化铁、1.3kg硫酸铁、2.5kg草酸铵和1.3kg草酸钠于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。85℃水热搅拌反应12h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料10min，等材料缓慢沉降之后，将上层的水倒掉，反复操作3次，直到清洗之后的水没有颜色。
将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
[0055] (2)将催化剂与水按1:1的比例混合，超声30min直到催化材料在水溶液中均匀分散。再往溶液中加入4倍催化剂分量的SiO2凝胶，搅拌30min充分分散后得到胶液。
[0056] (3)将上述制备的胶液喷涂到PET无纺布正反两面上形成复合无纺布，控制胶液单面涂层的厚度在400-500μm，将复合无纺布放置在100℃下干燥6h，得到具有除甲醛和去异味功能的复合无纺布。
[0057] 实施例5
[0058] (1)称取2.5kg高锰酸钾、2.5kg氯化铁和3.8kg草酸钠于反应釜中，并加入100L蒸馏水于反应釜中，搅拌混合至混合均匀。85℃水热搅拌反应12h，反应结束后自然冷却至室温。用纯水浸泡并搅拌反应后的改性材料10min，等材料缓慢沉降之后，将上层的水倒掉，反复操作3次，直到清洗之后的水没有颜色。将清洗好的材料放入烘箱中70℃烘干，得到粉末状锰基催化剂。
[0059] (2)将催化剂与水按1:1.5的比例混合，超声30min直到催化材料在水溶液中均匀分散。再往溶液中加入4倍催化剂分量的SiO2凝胶，搅拌30min充分分散后得到胶液。
[0060] (3)将上述制备的胶液喷涂到聚氨酯海绵正反两面上形成复合海绵，控制胶液单面涂层的厚度在400-500μm，将复合海绵放置在100℃下干燥6h，得到具有除甲醛和去异味功能的复合海绵。
[0061] 实施例6
[0062] 实施例1～5中所得具有除甲醛和去异味功能的滤网在制备除甲醛风扇中的应用，所述除甲醛风扇的结构示意图如图1所示。包括风扇腔体1、腔体内的扇叶2和腔体外的电机3，风扇腔体包括出风方向的前网罩4和进风方向的后网罩5，扇叶2通过传动轴穿过后网罩5与电机3相连；所述腔体内、扇叶外围固定设置一导流风筒6，所述前网罩4与风扇腔体1通过卡扣固定连接，具有除甲醛和去异味功能的滤网7通过该卡扣固定于导流风筒与前网罩之间。
[0063] 实施例7
[0064] 在常温24℃条件下，将实施例6的除甲醛风扇应用到处理室内低浓度甲醛气体。装置为50L的箱体，内部注入甲醛气体并使其达到目标浓度，将除甲醛风扇放入，进行催化降解甲醛实验。每隔5min取样一次，测定甲醛气体浓度。实施例1～5所得滤网制备的除甲醛风扇对甲醛的催化降解图分别如图2～6所示。由图2～6结果可知，在前期，甲醛去除率迅速上升，后期甲醛浓度基本检测不到，30min后甲醛去除率可达90.6％。由此本发明提供的除甲醛风扇在常温下可以高效降解低浓度室内甲醛气体。
[0065] 实施例8
[0066] 采用静态测试系统测定除醛风扇去除乙醇的效果。利用1m3的空气舱，将负载催化剂无纺布(实施例1的复合无纺布，直径为10cm)过滤网的除甲醛风扇放入空气舱中，在不同温度(293K-333K)常压下，将乙醇通入空气舱中，使乙醇的最终浓度为200mg/m3。利用气相色谱测量不同温度下除醛风扇在30分钟后去除VOC(乙醇)效果，结果如图7所示。由图7可知，不同温度下，VOC(乙醇)降解率均高达90％以上，效果明显。由此本发明的除甲醛风扇常温下可以高效降解低浓度VOC(乙醇)气体。
[0067] 实施例9
[0068] 采用静态测试系统测定除甲醛风扇去除异味(丙酮)的效果。使用1m3的空气舱，将负载催化剂无纺布(实施例1的复合无纺布，直径为10cm)过滤网的除甲醛风扇放入空气舱中，在气温25℃条件下，将丙酮通入空气舱中，使丙酮的最终浓度为5mg/m3。利用气相色谱测量不同时间下除醛风扇去除异味(丙酮)效果，结果如图8所示。由图8可知，前期丙酮降解明显上升，10分钟后达到90％以上，后期丙酮浓度较少，几乎检测不到。由此本发明的除甲醛风扇常温下可以高效降解室内异味气体。
[0069] 实施例10
[0070] 将本发明的带有实施例1的复合无纺布的除甲醛风扇(实施例1的复合无纺布)和车载净化器(品牌：财知星；型号：X1608)分别应用到处理汽车内一定浓度甲醛气体。利用甲醛检测仪，每隔一段时间取样一次，检测甲醛气体浓度，结果如图9所示。由图9可知，本发明的除甲醛风扇在常温下降解车内低浓度甲醛气体效果优于车载净化器。在降解前期，甲醛降解率上升较快，后期甲醛浓度基本检测不到，甲醛降解率可达90％以上。由此本发明提供的除甲醛风扇在常温下具有优异的除醛和去异味效果。
[0071] 实施例11
[0072] 在气温25℃条件下，将本发明的除甲醛风扇(实施例1的复合无纺布)和普通的除醛立式风扇(规格型号：FS-40-A1613)，放置在已有甲醛污染的48m3房间中检测，两风扇采用同档风速条件对房间内甲醛进行降解测试，采用荃正甲醛检测仪进行测量处理前后甲醛浓度。结果如下表1所示，由表1结果可知，本发明的除甲醛风扇采用直径20cm的过滤网，普通的除醛立式风扇采用直径为42cm过滤网，而本发明过滤面积小的除甲醛风扇除去甲醛的效果远高于过滤面积大的普通除醛立式风扇。
[0073] 表1不同风扇的室内除醛效果
[0074]
[0075] 注明：房间气温25℃，相对湿度70-75％。
[0076] 实施例12
[0077] 将本发明的除甲醛风扇(实施例4的复合无纺布)应用到处理小汽车内低浓度甲醛气体。在使用除甲醛风扇之前利用甲醛检测仪测出小汽车内初始甲醛浓度，随后将除甲醛风扇放置在小汽车内，使其在3挡风力条件下运转工作。每隔10min取样一次，测定车内甲醛气体浓度。结果如下表2所示，由表2结果可知，本发明的除甲醛风扇能有效降车内低浓度甲醛气体，效果明显。
[0078] 表2除甲醛风扇应用到小汽车内的效果
[0079]
[0080] 实施例13
[0081] 首先测定除甲醛风扇(实施例4的复合无纺布)的除醛率D0，将使用24小时的除甲醛风扇的除甲醛过滤网取下，用清水漂洗3分钟后，放在太阳下4小时晒干，然后，将除甲醛过滤网装配在风扇上，测试清洗后的除醛风扇的除醛率为Dn。重复使用和清洗n次，n分别对应第n次清洗。除甲醛损失率S＝(1-Dn/D0)*100。结果如表3所示。由表3结果可见，本发明所得具有除甲醛和去异味功能的滤网重复清洗10次后，其催化降解甲醛率降低在9.6％以内。
[0082] 表3除醛风扇清洗后的除醛损失率
[0083] 清洗次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10除甲醛损失率S(％) 3.5 5.7 6.4 7.3 7.9 8.3 8.7 9.0 9.3 9.6
[0084] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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