超高效有机凝胶微生物空气过滤和生产系统技术方案

本发明专利技术总体上涉及空气过滤器和空气净化器，并且更具体地涉及含有改进的有机凝胶的空气滤清器，其中公开了UGMA滤筒(1)，该UGMA滤筒(1)包含：在具有随机分布的海绵状胎体直径的有机凝胶(3)上的纳米多孔材质(11)；在海绵状胎体中随机分布的有机凝胶(3)作为微生物截留器，微生物截留器由覆盖海绵状胎体内表面的层产生，海绵状胎体根据需要具有在0.5‑2.5mm范围内的随机分布的孔；允许空气进入夹层结构的UGMA滤筒(10)的进气通道(9)；以及空气流动通道(10)，以便通过在其中产生微湍流，使空气擦拭纳米孔，使小于0.1μm的微生物负荷被孔截留。本发明专利技术还包含制造UGMA过滤器的生产方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超高效有机凝胶微生物空气过滤和生产系统
本专利技术总体上涉及空气过滤器和空气净化器，更具体地涉及包含改进的有机凝胶的空气过滤净化器。本专利技术还包括上述超高效有机凝胶微生物空气过滤器(UGMA)的制造方法。
技术介绍
空气过滤系统通常根据其过滤的颗粒尺寸分类。称为EPA、HEPA(高效微粒空气过滤器)、ULPA(超低穿透空氣過濾器)、SULPA(超级低穿透空氣過濾器)的空气过滤标准因此具有确定过滤器可渗透的颗粒尺寸和气流阻力的标准。然而，在这些颗粒过滤器标准的测试范畴中没有与被过滤的环境空气的微生物负荷相关的标准。颗粒过滤器作为滤网操作。例如，美国能源部标识了能够除去99.97％的0.3μm颗粒的过滤器作为HEPA。由于制造技术已经发展了数十年，滤网孔可以减小，并且已经开发了能够除去99.9995％的0.12μm颗粒的ULPA型过滤器。然而，在基于滤网型颗粒过滤的HEPA过滤器中，在标称空气流速下，压力通常在150-300帕斯卡范围内降低，而当使用ULPA类型时，通过减小滤网孔增加的压差将能量损失增加到更高的值。另一方面，将过滤颗粒尺寸减小到0.3μm以下在包括社区中的食品、健康和公共卫生的许多领域中是重要的，以便过滤空气传播的传染性普通病毒和细菌，尤其包括流感病毒。尽管提高微生物效率是必需的要求，但是除了特殊的要求(例如净化室)之外，增加微生物效率不能获得与HEPA过滤器一样的广泛流通性，这是因为基于成本的缺点，特别是ULPA、SULPA基于减少滤网孔的方法使它们的技术增加了基于摩擦损失的能量成本。为了克服能量效率问题和增加滤网型颗粒过滤器中的微生物截留，努力做出改进。例如，公开号为US6428610B1、公开日为2002年8月6日的标题为“高效微粒空气过滤器”的专利和公开号为CN204469537U、公开日为2015年7月19日的标题为“光催化高效节能空气过滤网”的专利用于增加颗粒过滤器的能量效率。但其能量效率提高机理不同于本专利技术主题的UGMA过滤器。公开号为US6428610B1的专利基于非织造物表面的静电负载，而公开号为CN204469537U的专利基于使用紫外光诱导的光催化剂层。还存在在常规颗粒除去过滤器中静电降低截留的颗粒尺寸而不降低能量效率的方法，例如在2007年8月21日公开的标题为“电子双极性静电空气净化器”的专利文献US7258729B1中公开的方法。然而，这些方法使用千伏级的电压。高电压限制了其使用区域，特别是对于个人使用和潮湿场所。公开号为US4781736A、公开日期为1988年11月1日的标题为“静电增强的HEPA过滤器”的专利涉及在滤网型过滤器部件的入口处使用高压电极，以便在HEPA过滤器的过滤器入口处将空气中的颗粒静电电离，来提高颗粒除去效率。公开号为US2002/0039566A、公开日期为2002年4月4日的标题为“凝胶空气清新剂及其制造方法”的专利涉及将诸如除臭剂之类的不同芳香剂或试剂保持在合成凝胶内并将其及时发散于周围空气中。然而，在公开号为US2005/0132886A1、公开日为2005年6月23日的标题为“用于除去颗粒物和挥发性有机化合物的空气过滤器”的专利中使用凝胶与UGMA正好相反，如在说明书第[0018]段中所公开的，大于0.3μm的颗粒被凝胶捕获并且小于0.3μm的颗粒被静电截留。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于天然有机凝胶表面的呼吸系统和仿生设计的超高效有机凝胶微生物空气过滤器(UGMA)。本专利技术主题的UGMA过滤器基于使用海绵状结构作为夹层形式的多层结构微生物截留器，其被具有纳米量级高孔隙率的有机凝胶覆盖、。在较粗的颗粒和颗粒截留器层中，包含具有高微生物和颗粒截留率的有机凝胶所覆盖的部件的UGMA过滤器，相对于滤网型过滤器(例如HEPA)的滤网孔，对尺寸小得多的生物体具有高截留率，并且具有较低的能量损失。UGMA过滤器可用于防护面罩上，用于医疗环境的空气过滤，以及用于与人类健康直接相关的地方，例如食品生产设施，而没有任何副作用，因为它不含有任何有毒物或无机物。UGMA通过在随机分布的空气通道中增加有机凝胶涂覆表面的空气擦拭率，而不是通过滤网型颗粒过滤来操作，由于入口表面和出口表面之间的压差，总空气摩擦减小并且能量消耗也减小。在现有技术中，特别是对于个人使用和潮湿场所，高压使用区域受到限制。相反，UGMA并不涉及通过经由高电压的静电负荷来截留颗粒。在UGMA过滤中，三羟基和天然葡萄糖结合包含于有机凝胶中，将纳米量级的微生物负荷高效地截留到纳米多孔有机凝胶结构中。虽然已知在空调和过滤领域，已采用不同方式使用凝胶，但是UGMA过滤器上的有机凝胶使用方式和所得到的效果与所有这些现有技术不同。与现有技术的方法相反，在UGMA过滤器中，在随机分布的海绵状框架中展开的有机凝胶中覆盖有在空气中的纳米多孔材质，加上其中的其他微生物吸引子有机材料，确保了尤其小于0.3μm的颗粒和微生物颗粒的截留。在UGMA中，对于小于0.3μm的颗粒的截留不需要使用静电处理的表面或经由高电压的励磁。此外，当在循环空气循环中使用UGMA过滤器时，它们可以以每次减半的反复递减速率达到微生物负荷降低速率。在目前制造的空气过滤系统中，除了UGMA过滤之外，其它的都没有可以在周期循环中以每小时微生物负荷减半的效果实现连续降低效果。微生物活性的前设是微生物负荷由空气中的悬浮制剂携带，并且这些制剂被截留在颗粒过滤器中。与基于常规颗粒截留操作的所有空气过滤器不同，本文公开的UGMA过滤器具有微生物选择性。本专利技术主题的UGMA型过滤器通过不同于包括现有标准技术中的滤网型过滤器的机制截留具有物理柔性的生物体，例如细菌和病毒。该机构根据自然界生物的吸气机理启发而设计成仿生机构，并由工业上可获得的材料制成。UGMA型空气滤清器具有大级别和微级别两种不同级别的结构。在其大级别上使用了mm量级的分布孔结构，在微级别上使用了纳米量级的多孔结构。根据过滤层之间的空气流速和阶段顺序，以1-100ppi并且通常约为20ppi的海绵状材料设置大级别的孔结构。由根据应用目标性能在50-5000nm范围内变化且具有特殊混合物的凝胶材料获得纳米多孔材质。凝胶材质覆盖了大级别的所有体积内表面。通过该方法产生的气孔还确保微生物负荷与气孔内部的物质一起被截留和耗尽。通过下面给出的附图标记和详细描述中指出的特征，本专利技术将变得更加容易理解。在图7、图8、图9和图10中可以看到常规的、标准的HEPA和ULPA过滤器与在此公开的UGMA过滤器之间的性能比较。在这些比较中使用的UGMA型滤筒具有三层结构，该三层结构由6mm厚和20ppi孔密度並且其內表面被凝胶覆盖的海绵状框架结构、在海绵状框架结构入口表面处的200gr/m2水钉扎(pinning)面罩型毡型粗颗粒截留器、以及在海绵状框架结构出口表面处的50gr/m2非织造织物组成。附图说明图1示出了三层基本UGMA结构。图2示出了有机凝胶捕捉通道内海绵骨架和纳米多孔有机凝胶纳米胎体(carca本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高效有机凝胶微生物空气过滤器(UGMA过滤器)，其具有UGMA滤筒(1)，其特征在于：所述UGMA滤筒包含在海绵状胎体中随机分布的有机凝胶(3)作为微生物截留器，所述微生物截留器由覆盖所述海绵状胎体内表面的所述有机凝胶的层产生，所述海绵状胎体具有在0.5-2.5mm范围内的随机分布的孔；也包括在具有随机分布的海绵状胎体孔直径的有机凝胶(3)上的纳米多孔材质(11)；也包括允许空气进入夹层结构的UGMA滤筒(1)的进气通道(9)；并且也包括空气流动通道(10)，以便通过在其中产生微湍流，使空气擦拭纳米孔，从而使小于0.1μm的微生物负荷被孔和截留。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180604 TR 2018/079161.一种超高效有机凝胶微生物空气过滤器(UGMA过滤器)，其具有UGMA滤筒(1)，其特征在于：所述UGMA滤筒包含在海绵状胎体中随机分布的有机凝胶(3)作为微生物截留器，所述微生物截留器由覆盖所述海绵状胎体内表面的所述有机凝胶的层产生，所述海绵状胎体具有在0.5-2.5mm范围内的随机分布的孔；也包括在具有随机分布的海绵状胎体孔直径的有机凝胶(3)上的纳米多孔材质(11)；也包括允许空气进入夹层结构的UGMA滤筒(1)的进气通道(9)；并且也包括空气流动通道(10)，以便通过在其中产生微湍流，使空气擦拭纳米孔，从而使小于0.1μm的微生物负荷被孔和截留。


2.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于包含在随机分布的所述海绵状胎体中的所述有机凝胶，所述海绵状胎体在其上具有mm级的海绵孔的气流孔，形成所述微生物截留器，并且所述海绵状胎体的气流孔与待截留的最小微生物负荷直径(特别是小于0.3μm的颗粒和微生物颗粒)相比大1000倍。


3.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于所述UGMA滤筒(1)中的所述纳米多孔材质(11)由有机明胶、甘油、水和葡萄糖的混合物获得的水凝胶制成。


4.根据权利要求1或3所述的UGMA过滤器，其特征在于所述纳米多孔材质(11)含有碳酸盐。


5.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于所述UGMA过滤器的内表面含有小孔以将流入的空气中的气味分子截留。


6.根据权利要求1或3所述的UGMA过滤器，其特征在于所述纳米多孔材质(11)具有含有天然芳香气味的水凝胶-甘油混合物。


7.根据权利要求1或3所述的UGMA过滤器，其特征在于所述纳米多孔材质(11)含有三羟基和葡萄糖源营养物(12)。


8.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于为了确保随着使用时间的增加，所截留的颗粒和微生物负荷尺寸逐渐向零变小，确保一定尺寸的颗粒或微生物的截留可能性与总擦拭空气体积成比例，若使用在相同环境用于内部循环空气擦拭的装置(18)，提供环境空气在连续封闭循环中的循环流动，则在所述海绵状胎体中的随机分布的所述有机凝胶(3)的内表面上包含随机分布的所述纳米多孔材质(11)。


9.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于所述UGMA滤筒(1)也包含毡型粗过滤器(2)，所述粗过滤器(2)截留在海绵状肽体中较大颗粒降解纳米有机随机分布有机凝胶(3)在入口处的能量损失。


10.根据权利要求1所述的UGMA过滤器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·阿克皮纳尔，布拉克·伯克·乌史坦格，
申请(专利权)人：菲尔金过滤器及化学工业贸易股份公司，
类型：发明
国别省市：土耳其;TR