一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于玻璃纤维和纳米氧化铝纤维骨架，以硅溶胶为中间介质复合分子筛和钛锰氧化物纳米颗粒的异味消除滤芯设计及其制备技术和应用，本发明专利技术中基于玻璃纤维和纳米氧化铝纤维骨架，以硅溶胶为中间介质复合分子筛和钛锰氧化物纳米颗粒的滤芯可以广泛用于异味消除，空气净化，水体净化等方面，适应于各种工作温度需求和场合。

Air purification filter core based on glass fiber and alumina fiber skeleton, preparation method and application thereof

The invention discloses a glass fiber and nano alumina fiber based on skeleton, using silica sol as the odor medium composite molecular sieve and titanium manganese oxide nanoparticles to eliminate the filter design and its preparation technology and application of glass fiber and nano alumina fiber skeleton based on the invention, using silica sol as filter medium molecular composite sieve and titanium manganese oxide nanoparticles can be widely used for odor elimination, air purification, water purification and other aspects, suitable for various occasions and working temperature of demand.

【技术实现步骤摘要】
一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境新材料领域，具体涉及基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架复合分子筛和钛锰纳米颗粒氧化物的空气净化滤芯以及制备方法和应用。
技术介绍
身处现代都市的人们，正在经历形形色色的室内环境污染，严重影响着生活的质量。室内环境的污染源，有来自人体的微生物和二氧化碳，有使用煤、液化石油气等燃料产生的一氧化碳等有害物质，有家具、各种洗涤清洁剂释放出来的甲醛等有机污染物，还有很多来自家养宠物产生的异味。实验证明，如果空间一旦变得狭小，而人又密集成堆，人味毒在人群聚集空间的浓度就会增加很多，这时就会对人体健康产生威胁，如果在这样一个空间停留时间稍长，就会感到胸闷、气促、头晕目眩、头疼心烦。夏季十分拥挤的车船，人口稠密的大都市和冬季密封的住房等处，常会有一种扑鼻难闻的异味。随着生活水平的提高，人们不断追求舒适、卫生的生活环境，而空气中的臭气、异味，不但令人不愉快、对身体健康也有危害。所以日常生活中，人们对室内空气净化的需求也不断增加，各种各样的空气净化方式也应运而生。现今市场上有很多去除室内装修或家具产生的甲醛等有机污染物的净化器滤芯，也有能够去除异味分子的各种物理化学除臭剂，但尚缺乏既能够吸附PM2.5、甲醛等有机污染物，同时又能够除室内异味分子（如氨气、硫化氢等）的复合异味消除空气净化方式。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足之处，本专利技术解决的问题为：提供一种可吸附分解有机污染气体的空气净化滤芯。为解决上述问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，包括玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒；所述的玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒的质量分数比为：58～62：8～12：1.9～2.1：1.9～2.1；所述的空气净化滤芯的外形结构呈矩形网格空隙结构。进一步，所述的空气净化滤芯的厚度为5～10cm，空气净化滤芯上的网状体呈边长为3mm、小角为60度的菱形结构。进一步，所述的二氧化锰纳米颗粒表现为粒径为100～500nm的颗粒；所述的二氧化钛纳米颗粒为粒径5～25nm的固体颗粒；所述的二氧化钛纳米颗粒为锐矿型。进一步，所述的分子筛为5A分子筛，粒径为49～51μm的固体颗粒。一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯的制备方法，包括如下步骤：（1）滤芯骨架的制备：首先将玻璃纤维和氧化铝纤维与5A分子筛进行混合，在590～610℃下压制成矩形网状结构的滤芯骨架；（2）5A分子筛颗粒的制备：使用塔式工业研磨机（GTM-25）对5A分子筛进行处理，将分子筛置于烘箱进行烘烤，得到干燥的微米级分子筛颗粒；（3）二氧化锰纳米颗粒制备：将KMnO4和MnSO4进行加热混合反应；将反应所得溶液离心、去除上清、加入去离子水洗涤，然后进行烘干、老化、粉碎，得到固体二氧化锰纳米颗粒；（4）二氧化钛和二氧化锰硅溶胶制备：将二氧化钛纳米颗粒与二氧化锰纳米颗粒溶于质量体积分数为70%的硅溶胶中，控制最终的二氧化钛和二氧化锰纳米颗粒浓度为0.2mg/mL，使用电动搅拌器搅拌0.5小时，即得二氧化钛和二氧化锰硅溶胶；（5）二氧化钛和二氧化锰纳米颗粒与滤芯骨架复合：将步骤（1）所得滤芯骨架浸泡在步骤（4）中所得二氧化钛和二氧化锰硅溶胶中，浸泡0.8至1.2小时后取出，在88至92℃环境下干燥2.8至3.2小时，反复重复三次；（6）老化定型：将步骤（5）所得产品置于烘箱中进行老化，再将所得滤芯置于风道中，得到最终的空气净化滤芯。进一步，所述的步骤（2）中的塔式工业研磨机的功率为3kW，研磨时间为1小时；控制烤箱的温度为120℃，烘烤时间为8小时。进一步，所述的步骤（3）中，KMnO4的浓度分别为0.5mgmL-1，所述MnSO4的浓度为0.2mgmL-1，将KMnO4和MnSO4溶液按1:1～1:1.2的体积比混合，加热反应时间为40～48小时；将反应所得溶液离心清洗3次，烘干老化的温度控制为115～125℃，烘干老化时间控制为10～12小时。进一步，所述的步骤（6）中，烘箱的温度为200至240℃，老化时间为11至13小时，所述的风道直径为49至51cm、风量为1495至1505m3/h，所述净化滤芯置于风道中的时间为2.8至3.2小时。一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯的应用，应用于快速吸附分解异味气体的净化滤芯。进一步，应用于有机污染物气体和固体颗粒吸附的净化滤芯。本专利技术的有益效果（1）相对于一般滤芯，本滤芯的玻璃纤维和氧化铝纤维骨架菱形孔道设计，保证了气流通过时受到的阻力极大地降低，同时由于玻璃纤维之间间隙的存在，进一步增加了空气流通的途径，降低风阻，风阻远低于传统的一般海绵碳滤膜。（2）本滤芯的异味分子吸附速率极快，在30m3国标测试舱中，40分钟氨气吸附效率达到95%以上，分子筛作为高性能气体吸附材料，能够以极快的速率吸附空气中各种气味分子和有机污染物分子，其吸附性载量也极大，同时硅溶胶在热处理之后形成的多孔结构能够进一步增强吸附能力和载量。（3）本滤芯创新采用吸附催化分解机制，无二次污染，在吸附异味分子和挥发性有机污染物分子的同时，纳米催化剂能够在常温催化分解异味分子和挥发性有机污染物分子，使其快速分解，达到彻底消除异味分子和挥发性有机污染物分子的目的，避免了被吸附气体的再次逸出，造成二次污染。（4）本滤芯具备自行再生能力，分子筛等多孔结构吸附的气体分子在常温下被催化剂分解，能够释放更多的分子牢笼和微孔结构用于吸附更多的气体，从而达到滤芯吸附能力再生的目的。（5）本滤芯使用过程中无需更换，对于气体催化分解机制，由于催化剂在催化反应中并不会消耗，分子筛吸附能力能够再生，可以使得本滤芯长期高效用于异味气体和挥发性有机污染物吸附消除，具备极长的使用寿命。（6）本专利技术用于常温下快速吸附分解异味气体，吸收分解有机污染物气体和固体颗粒污染物，吸附速率高，气体吸附载量大，吸附能力自行再生，分解效率高，速率快，可重复使用，可长期储存，风阻小，具有长效的有害气体吸附分解能力，适宜各种需要空气滤膜的场合。附图说明图1为玻璃纤维和氧化铝纤维骨架结构示意图。图2为微米级玻璃纤维的扫描电镜图。图3为研磨加工后的分子筛的扫面电镜图像。图4为二氧化锰纳米颗粒扫描电镜图像。图5为二氧化钛纳米颗粒透射电镜图像。图6为二氧化钛纳米颗粒的透射电镜电子衍射图谱。图7为氨气消除曲线对比图。图8为硫化氢消除曲线对比图。图9为甲醛消除曲线对比图。图10为甲苯消除曲线对比。图11为滤芯内部氨气、硫化氢气体的消除曲线图。图12为滤芯内部甲醛、甲苯气体的消除曲线图。图13为一般滤芯与本专利技术的除异味滤芯风阻对比图。其中，图7、图8、图9、图10中上方的黑色线表示本专利技术的消除异味滤芯，下方的表示一般滤芯；图11中上方线条代表氨气、下方线条代表硫化氢；图12中上方线条代表甲醛、下方线条代表甲苯。具体实施方式下面结合附图对本
技术实现思路
作进一步详细说明。一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，包括玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒。玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，其特征在于，包括玻璃纤维‑氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒；所述的玻璃纤维‑氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒的质量分数比为：58～62：8～12：1.9～2.1：1.9～2.1；所述的空气净化滤芯的外形结构呈矩形网格空隙结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，其特征在于，包括玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒；所述的玻璃纤维-氧化铝纤维骨架、分子筛、二氧化钛纳米颗粒、二氧化锰纳米颗粒的质量分数比为：58～62：8～12：1.9～2.1：1.9～2.1；所述的空气净化滤芯的外形结构呈矩形网格空隙结构。2.根据权利要求1所述的基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，其特征在于，所述的空气净化滤芯的厚度为5～10cm，空气净化滤芯上的网状体呈边长为3mm、小角为60度的菱形结构。3.根据权利要求1所述的基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，其特征在于，所述的二氧化锰纳米颗粒表现为粒径为100～500nm的颗粒；所述的二氧化钛纳米颗粒为粒径5～25nm的固体颗粒；所述的二氧化钛纳米颗粒为锐矿型。4.根据权利要求1所述的基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯，其特征在于，所述的分子筛为5A分子筛，粒径为49～51μm的固体颗粒。5.一种根据权利要求1至4任意一项所述的基于玻璃纤维和氧化铝纤维骨架的空气净化滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）滤芯骨架的制备：首先将玻璃纤维和氧化铝纤维与5A分子筛进行混合，在590～610℃下压制成矩形网状结构的滤芯骨架；（2）5A分子筛颗粒的制备：使用塔式工业研磨机（GTM-25）对5A分子筛进行处理，将分子筛置于烘箱进行烘烤，得到干燥的微米级分子筛颗粒；（3）二氧化锰纳米颗粒制备：将KMnO4和MnSO4进行加热混合反应；将反应所得溶液离心、去除上清、加入去离子水洗涤，然后进行烘干、老化、粉碎，得到固体二氧化锰纳米颗粒；（4）二氧化钛和二氧化锰硅溶胶制备：将二氧化钛纳米颗粒与二氧化锰纳米颗粒溶于质量体积分数为70%的硅溶胶中，控制最终的二氧化钛和二氧化锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛斌，陶猛，
申请(专利权)人：江苏欧乐净化材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32