化学甲醛过滤器的制作方法

本发明涉及化学甲醛过滤器，特别是用于例如在空气清洁器或空气净化器中从空气中过滤甲醛的化学甲醛过滤器。

背景技术：

甲醛是有毒和致癌的化合物，例如在新装修的家中，甲醛是最受关注的室内污染物之一。由于甲醛的分子量小(30g/mol)和高蒸气压(在25℃下3883mmhg[2078在h2o中])，因此通过物理吸收(例如使用活性碳或沸石吸收剂)来捕获甲醛并不容易。因此，已经开发了化学吸收过滤器来有效地消除甲醛。以往的工作表明，根据中国标准gb_t18801-2008，化学吸收过滤器具有高的清洁空气递送率(cadr)和相对较高的容量。

然而，用于去除甲醛的目前的化学吸收过滤器仍然存在问题，该化学吸收过滤器通过在多孔基底上浸渍化学溶液来制备。一个这样的问题是浸渍的过滤器在高湿度(>80％)下泄漏化学溶液；这在世界上经历高湿度条件的部分地区(例如中国南方)尤其受到关注。这种泄漏有可能主要是由于涉及使用吸湿剂的制备过滤器的方式造成的。从化学配方中去掉吸湿剂对于克服从过滤器的泄漏是不理想的，因为在没有吸湿剂的情况下，那么化学吸收过滤器的性能在低湿度下受损。此外，将化学品浸渍到基底上的目前的方式倾向于导致化学吸收剂和它们所应用到的基底之间的弱结合。在高湿度下，化学吸收剂克服了这些弱结合力，并且吸收剂从过滤器基底释放。例如，穿过过滤器的空气吹走吸收剂，生成分布在空气中的液滴(气溶胶)，该液滴由消费者吸入并且可能导致未知的健康风险。另一个问题是，在高湿度下，水可以积聚在过滤器基底上并且脱落，即泄漏。

与目前的化学吸收过滤器相关的另一个问题是它们表现出低的反应表面积。目前的方法涉及将化学溶液浸渍在过滤器基底中，并且随后通过蒸发去除水。然而，浸渍在基底中的化学品倾向于在表面上聚集，而不是停留在基底孔中。这导致反应表面积下降以及过滤器基底内部的化学品的低水平。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种化学甲醛过滤器，该化学甲醛过滤器基本上减轻或克服了上述问题中的一个或多个问题。

本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定有利的实施例。

根据本发明，提供了一种化学甲醛过滤器，其包括具有多孔结构的过滤器基底；过滤器基底包含甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物。

根据本发明的一个实施例，过滤器基底由甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物制成或制造。

当过滤器基底由甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物制成时，过滤器基底表现出高的机械强度。而且，在框架材料和吸收剂的混合物中，在高湿度下框架材料可以通过毛细作用力或其他力将吸收剂固定。结果，本发明的过滤器避免了吸收剂被吹走，并且避免了吸收剂的泄漏。此外，例如通过使用诸如石膏(plaster)的适当框架材料，本发明可以以相对较低的成本实现。甲醛吸收剂和框架材料的混合物还生成在微观水平下的大微球体(例如，数十微米)，由此提供反应表面积的有益增加。

甲醛吸附剂是能够捕获和/或吸收甲醛的活性剂。可以采用任何已知的甲醛吸收剂。化学甲醛吸收剂是特别合适的。

在一个实施例中，甲醛吸收剂是含胺甲醛吸收剂化学化合物。含胺甲醛吸收剂化学化合物的合适示例包括但不限于：羟烷基胺、含胺聚合物、含胺二氧化硅和含胺沸石。优选的甲醛吸收剂是三(羟甲基)氨基甲烷(tris)。

在一个实施例中，混合物还包含碱性缓冲剂。为了保持碱性，可以将基于胺的化学品与缓冲剂混合。例如，可以采用碱土金属/碱金属盐作为缓冲剂。合适的盐包括碳酸氢盐和甲酸盐。优选的盐包括甲酸钾(khcoo)和碳酸氢钾(khco3)。可以使用包括碱性缓冲剂的缓冲溶液将缓冲剂并入混合物中。可以使用单一缓冲剂或两种或更多种缓冲剂的组合。包含碱性缓冲剂也有助于在过滤器表面上提供大的微球体。微球体导致高的表面积，在该表面积处甲醛吸收剂和被净化的空气中的甲醛之间可以形成接触。因此过滤器的有效性/效率得到改善。

在一个实施例中，多孔框架材料可以是无机凝胶和/或胶结材料。合适的无机多孔框架材料包括但不限于石膏、生石膏(plastergypsum)、石灰和胶结剂。优选的无机胶结材料包括但不限于硫酸钙及其水合物，例如β-caso4.2h2o或β-caso4.1/2h2o。备选地，多孔框架材料可以是有机多孔材料，例如大孔树脂。这些框架材料提供了高的机械强度，并有助于固定吸收剂以避免泄漏和吸收剂被吹走。这些框架材料还在过滤器的表面上提供了微球体，该微球体增加了过滤器的反应表面积并改善了功效。

在一个实施例中，过滤器基底可以具有蜂窝结构。蜂窝结构提供了大的接触面积(可能大于每升3m²)，并且因此作为高性能甲醛过滤器的基底非常有吸引力。

本发明还提供了制造化学甲醛过滤器(例如，如本文所述)的方法，该方法包括：将含有甲醛吸收剂的溶液与多孔框架材料混合；将得到的混合物浇铸成整块结构；以及干燥所浇铸的混合物。

该方法提供了一种化学甲醛过滤器，该化学甲醛过滤器表现出参照在化学甲醛过滤器产品的上下文中所描述的上述内容的全部优点。此外，干燥步骤有助于在过滤器表面上提供大的微球体。微球体导致高的表面积，在该表面积处甲醛吸收剂和被净化的空气中的甲醛之间可以形成接触。因此过滤器的有效性/效率得到改善。

干燥步骤可以通过任何手段在任何合适的温度下进行。用于干燥步骤的合适温度为从约25℃至约150℃，优选地从约50℃至约150℃。

在一个实施例中，包含甲醛吸收剂的溶液是水溶液，优选地还包括碱性缓冲剂。在水溶液中包含碱性缓冲剂有助于保持碱性。上文描述了合适的缓冲剂。可以使用单一缓冲剂或者两种或更多种缓冲剂的组合。包含碱性缓冲剂还有助于例如在干燥步骤期间在过滤器的表面上提供大的微球体。微球体导致高的表面积，在该表面积处甲醛吸收剂和被净化的空气中的甲醛之间可以形成接触。因此过滤器的有效性/效率得到改善。

水溶液可以含有甲醛吸收剂的任何合适的量/浓度。合适的量包括但不限于：从5％至95％的吸收剂溶液，诸如从10％至30％、和15％至25％的吸收剂溶液。

框架材料和水溶液可以以任何合适的比率混合。框架材料:水溶液的合适的重量比率包括但不限于：从5:1至1:5，以及从2:1至1:2。框架材料:水溶液的优选重量比率为约1:1。

缓冲剂也可以以任何合适的量被包括在水溶液中。合适的量包括但不限于：包括从5％至95％的缓冲剂、从5％至40％的缓冲剂和从25％至35％的缓冲剂的水溶液。优选的水溶液包括30％的缓冲剂。

优选的水溶液包括20％的吸收剂(例如tris)、30％的缓冲剂(例如，15％khcoo和15％khco3)。

整块结构可以是蜂窝结构。此外，整块结构可以通过对多孔框架材料和甲醛吸收剂的混合物进行模制而形成。例如，混合物可以被良好地调整并被浇铸成整块蜂窝结构。备选地，可以通过模具挤出混合物以形成蜂窝结构。

根据本发明的一个实施例，过滤器基底涂覆有甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物。该混合物可以包括本公开所述的组分中的任何组分。

过滤器中采用的框架材料与过滤器基底(诸如蜂窝结构)形成牢固的结合。而且，在框架材料和吸收剂的混合物中，在高湿度下，框架材料可以通过毛细作用力或其他力将吸收剂固定。结果，本发明的过滤器避免了吸收剂被吹走，并且避免了吸收剂的泄漏。此外，例如通过使用诸如石膏的适当的框架材料，本发明可以以相对较低的成本实现。甲醛吸收剂和框架材料的混合物还生成微观水平下的大孔(例如数十微米)，由此提供反应表面积的有益增加。

过滤器结构可以是任何合适的基底，包括但不限于蜂窝陶瓷、瓦楞纸或蜂窝聚合物。

在本文描述的其他实施例的上下文中，讨论了合适的甲醛吸收剂和框架材料。

本发明还提供了制造化学甲醛过滤器(例如，如本文所述)的方法，该方法包括：提供甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物；将混合物涂覆在过滤器基底上；以及干燥过滤器基底。

该方法提供了一种化学甲醛过滤器，该化学甲醛过滤器表现出参照在化学甲醛过滤器产品的上下文中所描述的上述内容的全部优点。此外，干燥步骤在过滤器表面上提供大的微球体。微球体导致高的表面积，在该表面积处甲醛吸收剂和被净化的空气中的甲醛之间可以形成接触。因此过滤器的有效性/效率得到改善。

干燥步骤可以通过任何手段在任何合适的温度下进行。用于干燥步骤的合适温度为从约25℃至约150℃，优选地从约50℃至约150℃。

甲醛吸收剂和多孔框架材料的混合物可以通过将甲醛吸收剂的水溶液与框架材料混合来制备。例如，该混合物可以是浆料的形式。包含甲醛吸收剂的溶液可以是水溶液，优选还包含缓冲剂。在水溶液中包含缓冲剂有助于保持碱性。上文描述了合适的缓冲剂。可以使用单一缓冲剂或者两种或更多种缓冲剂的组合。上文描述了合适的缓冲剂/溶液。

水溶液可以含有甲醛吸收剂的任何合适的量/浓度。合适的量包括但不限于：从5％至95％的吸收剂溶液，诸如从10％至30％和15％至25％的吸收剂溶液。

框架材料和水溶液可以以任何合适的比率混合。框架材料:水溶液的合适的重量比率包括但不限于从5:1至1:5，以及从2:1至1:2。框架材料:水溶液的优选重量比率为约1:0.8。

缓冲剂也可以以任何合适的量被包括在水溶液中。合适的量包括但不限于：包括从5％至95％的缓冲剂、从5％至40％的缓冲剂和从25％至35％的缓冲剂的水溶液。优选的水溶液包括30％的缓冲剂。

优选的水溶液包括20％的吸收剂(例如tris)、30％的缓冲剂(例如，15％khcoo和15％khco3)。

在一个备选的实施例中，缓冲剂可以在吸收剂和框架材料的混合之前应用到过滤器基底上。例如，方法可以进一步包括：在将混合物涂覆在过滤器基底上的步骤之前，将过滤器基底浸入包括缓冲剂的水溶液中的步骤。

根据另一方面，本发明提供可通过本文所限定的方法获得的化学甲醛过滤器。

根据另一方面，本发明提供了一种空气清洁装置，其包括如本文所述的化学甲醛过滤器。

参考下文描述的示例，本发明的这些和其它方面将显而易见并且得到阐明。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1a示出了用示例2中制备的功能性框架材料(甲醛吸收剂和框架材料)涂覆的陶瓷基底的显微图像。

图1b示出了示例2中制备的陶瓷基底的表面上的功能性框架材料的sem图像。

图2是示出了示例2的测试室中的相对湿度变化的图。

图3a是示出了示例2中在rh90％下实现的清洁空气递送率测试的结果的图。

图3b是示出了示例2中在rh90％下实现的测试期间的相对湿度变化的图。

图3c是示出了在示例2中在rh30％下实现的清洁空气递送率测试的结果的图。

图3d是示出在示例2中在rh30％下实现的测试期间的相对湿度变化的图。

图4a示出了示例3的过滤器结构。

图4b是示出了示例3中在rh70％下实现的清洁空气递送率测试的结果的图。

图5a示出了示例4的过滤器结构。

图5b是示出了示例4中在rh50％下实现的cadr测试结果的图。

具体实施方式

示例1

化学甲醛过滤器通过对框架材料和活性剂(即甲醛吸收剂)的混合物进行模制而制成。框架材料是β-caso4·1/2h2o。活性剂是tris。活性剂与框架材料混合，作为包含20％tris、15％khcoo和15％khco3的水溶液的一部分。框架材料与水溶液以1：1重量比率混合，以形成功能性框架材料(即，甲醛吸收剂和框架材料的混合物)。功能性框架材料被浇铸在模具上，以形成具有蜂窝结构的过滤器，然后放入烘箱中以干燥材料。过滤器在100℃下烘烤过夜。过滤器是通过使材料与模具分离而获得的。

示例2

化学甲醛过滤器通过在陶瓷基底上涂覆框架材料和活性剂(即，甲醛吸收剂)的混合物而制成。框架材料是β-caso4·1/2h2o。活性剂是tris。活性剂与框架材料混合，作为含有20％tris的水溶液的一部分。框架材料与水溶液以1:0.8的重量比率混合，以形成功能性框架材料。将陶瓷基底浸入含有20％tris、15％khcoo和15％khco3的溶液中。然后用功能性框架材料浆料涂覆陶瓷基底，并摇动以使浆料穿过陶瓷基底中的洞。然后，在陶瓷基体处并且通过陶瓷基体吹气，以在陶瓷基底的表面上提供均匀的涂层，并且以避免蜂窝结构中的阻塞。然后将涂覆有功能性框架材料的陶瓷在100℃的烘箱中干燥1小时，以在过滤器表面上形成微球体。图1a示出了用甲醛吸收剂和框架材料涂覆的陶瓷基底的显微图像。图1b示出了陶瓷基底表面上的功能性框架材料的sem图像。在图1b中可以看出，微球体已经形成。

针对漏水测试和清洁空气递送率测量，该过滤器在30m³的室中进行了测试。

漏水测试

将新的甲醛过滤器放入空气净化器(ac4072)中，并在rh90％下30m³内连续运行4小时。没有从过滤器的溶液泄漏。图2是示出了相对湿度随时间变化的图。每个箭头示出室湿度的增加点。从图2看出，过滤器可以吸收水并在rh87.4％下达到平衡。这个结果意味着过滤器可以在高湿度下存储一些水，而没有任何溶液泄漏。

清洁空气递送率(cadr)

具有新甲醛过滤器的空气净化器(ac4072)在测试室中运行3小时，保持相对湿度约为90％(23℃)。然后，在高湿度条件下进行cadr测试。之后，将相对湿度降低至30％，并且测试低湿度下的另一个cadr值。图3a至图3d示出了两个湿度水平下的cadr结果和测试期间的湿度变化。图3a示出了rh90％(高湿度)下的cadr结果(chohppm)。图3b示出了高湿度测试期间相对湿度(rh％)随时间的变化。图3c示出了rh30％(低湿度)下的cadr结果(chohppm)。图3d示出了低湿度测试期间相对湿度(rh％)随时间的变化。菱形数据点表示rh％。方形数据点表示温度。箭头指示空调首先打开并且然后关闭的位置。在高湿度下，过滤器与室rh平衡，并且在一小时测试期间没有观察到rh的增加。cadr根据1小时数据为145.7m³/h，并且根据30分钟数据为160.2m³/h。在低湿度下，由于从框架材料的水解吸，室rh增加。cadr值根据30分钟的数据是160.2m³/h。从rh变化趋势看出，过滤器可以在高湿度下吸入水并且在低湿度下释放水，这将使得这种过滤器在湿度的大范围内工作良好。

所有结果表明，本发明中开发的过滤器可以解决目前化学吸收过滤器的问题。所要求保护的过滤器在低湿度下可以达到高反应表面、高cadr值，并且没有溶液泄漏。

示例3

化学甲醛过滤器由覆盖有功能化框架材料的有机聚合物片材制成。有机聚合物片材由聚乙烯醇制成。功能性框架材料是无机胶结材料和甲醛吸收剂的混合物。这里，无机胶结材料是β-caso4·2h2o。甲醛吸收剂是tris，并且用作包含20％tris、5％khcoo、5％khco3的甲醛吸收剂溶液。将无机胶结材料与甲醛吸收剂溶液以1：1的重量比率混合。用功能化框架材料覆盖的有机聚合物片材的尺寸为36cm长、28cm宽以及1cm厚。洞被钻有5mm直径。洞之间的距离是5mm。图4a中示出了被覆盖在功能化框架材料中的有机聚合物片材。

在不同湿度下的空气净化器(ac4072)的30m³的室中评估过滤器。图4b示出了rh70％下的cadr测试结果(chohppm)。测得的清洁空气递送率分别为rh50％下的25.2m³/h和rh70％下的55.8m³/h。结果表明，该过滤器可以从空气中捕获甲醛，并且过滤器在高湿度下工作更好。通过在高湿度下连续运行该过滤器，没有观察到溶液泄漏。

过滤器的结构可以被调整。通过增加洞数量并且减小洞的直径，预期具有高清洁空气递送率。通过制造过滤器的方法，洞可以下降到1mm，其中间隔为1mm。

示例4

化学甲醛过滤器由涂覆有功能性框架材料的蜂窝陶瓷制成。蜂窝陶瓷具有1mm的洞和每个洞之间的0.2壁。在用功能性框架材料涂覆蜂窝陶瓷之前，将蜂窝陶瓷浸入10％khcoo和10％khco3的溶液中。功能性框架材料是以0.8:1重量比率的石膏和20％tris溶液的混合物。功能性框架材料被涂覆在陶瓷表面上，并且在100℃下的烘箱中干燥。图5a示出了示例4的过滤器结构。

测试了该过滤器的性能。图5b是示出了在rh50％下实现的cadr测试结果(chohppm)的图-将过滤器置于飞利浦(philips)空气净化器ac4072中并在30m³室中测试。rh50％下的清洁空气递送率为90m³/h。此外，通过在3m³的室中在rh90％下连续运行过滤器4小时，没有观察到溶液泄漏。

根据该化学甲醛过滤器的固有微观结构和本文报告的测试结果，该过滤器的寿命被证实比目前已知的过滤器更长。

所描述的上述实施例仅是说明性的，并不旨在限制本发明的技术方法。尽管参照优选实施例详细描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的技术方法的精神和范围的情况下，本发明的技术方法可以被修改或者等同替换，这也将落入本发明权利要求的保护范围内。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。