基于Cu‑BTC吸附材料的空气净化过滤网及制备方法与流程

本发明属于室内空气净化技术领域，具体涉及一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网及其制备方法，其能够对空气中的各种污染物进行全面高效的净化。

背景技术：

近年来随着工业的发展，空气中污染物的种类和数量日益增多，每年通过燃烧煤炭、石油等途径，产生大量的氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、pm颗粒物等污染物。同时，近几年随着人们生活水平的提高和居住条件的改善，大量的新型装饰材料广泛应用于家庭装修中，造成的室内环境污染也变得日益严重。因此，无论是室外空气还是室内空气，都存在着大量的危害气体，对人体的健康构成严重的威胁。

使用空气净化器是室内空气净化的有效方法。如今市场上的空气净化器种类繁多，常见的空气净化器可以有效净化空气中的灰尘、甲醛、pm颗粒物、烟雾、异味等污染物，但是由于空气净化网的材料原因，市场上的空气净化器对于空气中常见的污染物如氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物以及烟草产生的烯烃等气体的净化能力欠缺。

针对上述技术问题，目前还没有看到中能够有效吸附空气中各种有害物质的空气净化网，如何解决上述技术难点，制备出一种能够有效吸附如氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物以及烟草产生的烯烃等有害气体的吸附材料，提高空气净化器的全面净化能力，是本发明要解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于cu-btc材料的空气净化过滤网及其制备方法，该空气净化过滤网通过负载cu-btc吸附材料，赋予过滤网高效全面的净化效果，特别是针对氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、烯烃的净化效果尤为显著，达到净化室内环境的效果。

为实现上述目的，按照本发明的另一方面，提供了一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网，其特征在于，其包括上下两层织布滤网和置于织布滤网之间的集成多效过滤网，所述集成多效过滤网从上至下依次为：活性炭层、高效空气过滤(hepa)层和cu-btc材料吸附层，所述cu-btc材料吸附层为附着有cu-btc吸附材料的支撑材料，所述织布滤网、活性炭层、高效空气过滤层和cu-btc材料吸附层之间均紧密贴合。

进一步优选地，所述高效空气过滤层主要采用聚丙烯和涤纶树脂制成。较多的比较试验表明，聚丙烯和涤纶材料价格低廉易获得，还具有良好的耐腐蚀和抗菌效果，十分适用于制作空气过滤层。

优选地，所述cu-btc材料吸附层是由cu-btc吸附材料均匀分散于支撑材料上制得，分散方法为喷洒法、喷涂法或粘结法中的一种或几种。较多的比较试验表明，采用上述方法能够将cu-btc吸附材料均匀的分散于支撑材料表面，提高空气净化过滤网的过滤效率。

优选地，所述支撑材料为无纺布、玻璃纤维、静电滤棉或合成纤维中的一种或几种；所述cu-btc吸附材料在支撑材料上的分散密度为100g/m²-300g/m²。较多的比较试验表明，支撑材料采用上述材料，具有良好的耐腐蚀和抗菌效果，而将分散密度控制在上述范围内，则能使过滤效果更好。

具体地，过滤层材料的叠加顺序依次为：织布滤网、活性炭层、高效空气过滤(hepa)层、cu-btc材料吸附层、织布滤网。

净化过滤网最外层和最内层为织布滤网，主要用于阻挡灰尘、毛发、皮屑以及其他较大颗粒物。

净化过滤网第二层为活性炭层，活性炭均匀分布于无纺布中，主要用于吸附部分有机污染物，阻挡灰尘及去除异味。

净化过滤网第三层为高效空气过滤(hepa)层，该层主要采用聚丙烯和涤纶树脂等材料制成，硬度高、耐腐蚀、低阻高效，主要用于过滤空气中的烟雾、灰尘、细菌，pm颗粒物等污染物。

净化过滤网第四层为cu-btc材料吸附层，cu-btc吸附材料可吸附氮氧化物、硫氧化物、碳氢化合物、烯烃、苯等难以去除的有机和无机污染物，且水稳定性和化学稳定性较好。

按照本发明的另一个方面，提供了一种cu-btc吸附材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

s1.取一定量的均苯三甲酸溶于适量的无水乙醇中，搅拌至溶液澄清；同时取一定量的三水合硝酸铜溶于适量的水中，搅拌至溶液澄清；

s2.将步骤s1中的均苯三甲酸溶液加入三水合硝酸铜溶液中，搅拌混合均匀；

s3.将搅拌均匀后的混合溶液装入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中进行加热反应；

s4.将步骤s3中加热反应后的所得产物进行洗涤,并进行真空干燥，将干燥后的产物进行研磨，即得到cu-btc吸附材料。

进一步优选地，步骤s1-s4均在氩气环境下操作，温度为20-25摄氏度。

优选地，步骤s2中的均苯三甲酸和三水合硝酸铜的摩尔量之比为1:2。

优选地，步骤s1-s2中的搅拌速率为每分钟300-500转，时间为5-30分钟。

优选地，步骤s3中的加热反应温度为100℃-130℃，时间为10-18小时。

优选地，步骤s4中对加热反应后的所得产物进行洗涤时，采用的洗涤溶剂是去离子水、甲醇、无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种，洗涤次数为三次；真空干燥温度为80℃-160℃，时间为6-12小时。

较多的比较试验表明，在制备cu-btc吸附材料的过程中，将参数控制在上述范围内，能够保证反应的顺利进行，同时提高cu-btc吸附材料的纯度，满足使用需求。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明提供的基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网，通过负载cu-btc吸附材料，赋予过滤网高效全面的净化效果，特别是针对氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、碳氢化合物、烯烃的净化效果尤为显著，弥补目前市场上产品的不足，更好地满足人们的需求，为人们的健康提供更多保障。

(2)本发明提供了一种制备cu-btc吸附材料的方法，该制备方法步骤简单，可控性强，且能够制备出纯度高的cu-btc吸附材料，十分适用于制备空气净化过滤网。

(3)本申请的cu-btc吸附材料和基于该材料的空气净化过滤网，采用的原材料便宜易获得、制备工艺简单、成本低廉，适合大规模推广使用。

附图说明

图1是本发明的一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网的结构示意图。

图2是本发明实施例3中制备的cu-btc材料的xrd图谱。

图3是本发明实施例3中制备的cu-btc材料的氮气吸附曲线。

图4是本发明实施例3中制备的cu-btc材料的sem图。

图5是本发明实施例3中制备的cu-btc材料的tem图。

图6是本发明实施例3中制备的cu-btc材料的热稳定分析图。

在附图1中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-织布滤网，2-活性炭层，3-高效空气过滤层，4-cu-btc材料吸附层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明的一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网的结构示意图。如图1所示，其包括上下两层织布滤网1和置于织布滤网之间的集成多效过滤网，所述集成多效过滤网从上至下依次为：活性炭层2、高效空气过滤(hepa)层3和cu-btc材料吸附层4，所述cu-btc材料吸附层4为附着有cu-btc吸附材料的支撑材料，所述织布滤网1、活性炭层2、高效空气过滤层3和cu-btc材料吸附层4之间均紧密贴合。

在本发明的一个优选实施例中，所述高效空气过滤层3主要采用聚丙烯和涤纶树脂制成。

在本发明的另一个优选实施例中，所述cu-btc材料吸附层4是由cu-btc吸附材料均匀分散于支撑材料上制得，分散方法为喷洒法、喷涂法或粘结法中的一种或几种。

在本发明的另一个优选实施例中，所述支撑材料为无纺布、玻璃纤维、静电滤棉或合成纤维中的一种或几种；所述cu-btc吸附材料在支撑材料上的分散密度为100-300g/m²。

本发明还提供了一种cu-btc吸附材料的制备方法，具体包括以下步骤：

s1.取一定量的均苯三甲酸溶于适量的无水乙醇中，搅拌至溶液澄清；同时取一定量的三水合硝酸铜溶于适量的水中，搅拌至溶液澄清；

s2.将步骤s1中的均苯三甲酸溶液加入三水合硝酸铜溶液中，搅拌混合均匀；

s3.将搅拌均匀后的混合溶液装入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中进行加热反应；

s4.将步骤s3中加热反应后的所得产物进行洗涤,并进行真空干燥，将干燥后的产物进行研磨，即得到cu-btc吸附材料。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s1-s4均在氩气环境下操作，温度为20-25摄氏度。

在本发明的另一个优选实施例中，步骤s2中的均苯三甲酸和三水合硝酸铜的摩尔量之比为1:2。

在本发明的另一个优选实施例中，步骤s1-s2中的搅拌速率为每分钟300-500转，时间为5-30分钟。

在本发明的另一个优选实施例中，步骤s3中的加热反应温度为100℃-130℃，时间为10-18小时。

在本发明的另一个优选实施例中，步骤s4中对加热反应后的所得产物进行洗涤时，采用的洗涤溶剂是去离子水、甲醇、无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种或几种，洗涤次数为三次；真空干燥温度为80℃-160℃，时间为6-12小时。

为更好地解释本发明，以下给出几个具体实施例：

实施例1

一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网，如图1所示，该过滤网包括最外层和最内层的织布滤网1、活性炭层2、高效空气过滤(hepa)层3以及cu-btc材料吸附层4。

具体地，cu-btc材料吸附层4的cu-btc吸附材料是通过水热合成法合成。在22摄氏度氩气环境下，将均苯三甲酸和三水合硝酸铜按照1:2的摩尔量之比分别溶于一定量的无水乙醇和水中，搅拌至溶液澄清；将均苯三甲酸溶液倒入三水合硝酸铜溶液中，以每分钟300转的搅拌速率搅拌30分钟，所得溶液装入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在100摄氏度下加热18小时；将所得产物用去离子水、甲醇、无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种进行洗涤，洗涤次数为三次；真空干燥温度为80摄氏度，时间为12小时。

具体地，cu-btc材料吸附层4是采用喷洒法、喷涂法、粘结法中的一种或几种分散方法将cu-btc吸附材料均匀分散于无纺布、玻璃纤维、静电滤棉、合成纤维的一种或几种材料得到的，分散密度为100g/m²。

实施例2

一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网，如图1所示，该过滤网包括最外层和最内层的织布滤网1、活性炭层2、高效空气过滤(hepa)层3以及cu-btc材料吸附层4。

具体地，cu-btc材料吸附层4的cu-btc吸附材料是通过水热合成法合成。在20摄氏度氩气环境下，将均苯三甲酸和三水合硝酸铜按照1:2的摩尔量之比分别溶于一定量的无水乙醇和水中，搅拌至溶液澄清；将均苯三甲酸溶液倒入三水合硝酸铜溶液中，以每分钟500转的搅拌速率搅拌5分钟，所得溶液装入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在130摄氏度下加热10小时；将所得产物用去离子水、甲醇、无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种进行洗涤，洗涤次数为三次；真空干燥温度为160摄氏度，时间为6小时。

具体地，cu-btc材料吸附层4是采用喷洒法、喷涂法、粘结法中的一种或几种分散方法将cu-btc吸附材料均匀分散于无纺布、玻璃纤维、静电滤棉、合成纤维的一种或几种材料得到的，分散密度为300g/m²。

实施例3

一种基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网，如图1所示，该过滤网包括最外层和最内层的织布滤网1、活性炭层2、高效空气过滤(hepa)层3以及cu-btc材料吸附层4。

具体地，cu-btc材料吸附层4的cu-btc吸附材料是通过水热合成法合成。在25摄氏度氩气环境下，将均苯三甲酸和三水合硝酸铜按照1:2的摩尔量之比分别溶于一定量的无水乙醇和水中，搅拌至溶液澄清；将均苯三甲酸溶液倒入三水合硝酸铜溶液中，以每分钟450转的搅拌速率搅拌15分钟，所得溶液装入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在120摄氏度下加热15小时；将所得产物用去离子水、甲醇、无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种进行洗涤，洗涤次数为三次；真空干燥温度为110摄氏度，时间为9小时。

具体地，cu-btc材料吸附层4是采用喷洒法、喷涂法、粘结法中的一种或几种分散方法将cu-btc吸附材料均匀分散于无纺布、玻璃纤维、静电滤棉、合成纤维的一种或几种材料得到的，分散密度为180g/m²。

本实施例中，过滤层材料的叠加顺序依次为：织布滤网1、活性炭层2、高效空气过滤(hepa)层3、cu-btc材料吸附层4、织布滤网1。

本实施例的cu-btc吸附材料进行了甲醛吸附净化效果的测试，附图2-6是实施例3中的cu-btc吸附材料测试后的结果。其中，cu-btc甲醛吸附测试结果为2.86mol/kg,高于一般甲醛吸附剂吸附量；由图2中cu-btc材料的xrd图谱可知，本发明实施例3中制备的cu-btc的xrd峰形与理论值基本对应；由图3中氮气吸附曲线计算出，本发明实施例3中制备的cu-btc的比表面积达到1830m²/g；由图4中cu-btc的sem图可知，本发明实施例3中制备的cu-btc晶体形状规则；由图5中cu-btc的tem图可知，本发明实施例3中制备的cu-btc为多孔结构；由图6中cu-btc的热稳定分析图可知，本发明实施例3中制备的cu-btc吸附材料的热稳定性达到300℃，完全符合生活中的应用。根据以上结果，本发明实施例中制备的cu-btc吸附材料结晶度好、稳定性强、比表面积大、吸附净化效果优良，而由此制备的基于cu-btc吸附材料的空气净化过滤网通过负载cu-btc吸附材料，具有良好的吸附效果，赋予过滤网高效全面的净化效果，具有广泛的应用于推广价值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。