一种汽车空调过滤器夹炭布及其制备方法与流程

本发明涉及一种so2过滤材料，具体涉及一种汽车空调过滤器夹炭布及其制备方法。

背景技术：

1、汽车空调厢用双效过滤器主要用于过滤和处理经过空调厢的颗粒物和气态污染物，通常采用夹炭布作为其核心过滤材料。现阶段，汽车空调厢用双效过滤器的前装市场在要求过滤器保持较低初始阻力的同时又特别关注其处理气态污染物的初期处理效率和全过程的容量，尤其处理so2等酸性气体。市场上的夹炭布材料在维持低阻的前提下一般很难既赢得高的初期so2去除效率又获得高的so2吸附容量，且撒炭很难控制均匀导致厚度偏差大，从而造成“短路”现象。

2、如中国专利cn 207591445 u公开了一种复合型夹炭布，包括：依次设置的骨架无纺布、第一活性炭层、第二活性炭层、全棉水刺无纺布层以及复合熔喷层，骨架无纺布和第一活性炭层、第一活性炭层和第二活性炭层、第二活性炭层和全棉水刺无纺布层之间均通过热熔胶相互连接。该专利中虽然通过多层喷胶锁定了活性炭，避免发生掉炭现象，但也正是由于多层喷胶，使得炭表面会被大量胶覆盖，进而导致活性炭的吸附性能无法充分发挥，使吸附效果降低；并且双层活性炭层的直接叠加会使得气体流动阻力大幅增加，难以实现低阻、高通量的效果，导致吸附效率较低。

3、因而需要提出一种新型的夹炭布用于汽车空调过滤器中，已解决现有的夹炭布材料中炭层均匀性不高、厚度偏差大，阻力高，且处理so2污染物无法同时达到高初期处理效率和高吸附容量的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种汽车空调过滤器夹炭布及其制备方法，以解决现有技术中夹炭布材料中炭层均匀性不高、厚度偏差大，阻力高，且处理so2污染物无法同时达到高初期处理效率和高吸附容量的问题，本发明的夹炭布材料可同时获得高的初期so2去除效率和高的so2吸附容量。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、本发明第一方面公开了一种汽车空调过滤器夹炭布，由骨材、第一热熔胶网膜、第一活性炭层、丝网、第二活性炭层、第二热熔胶网膜和熔喷布依次叠合并粘结而成；

4、所述的第一活性炭层经硝酸溶液浸泡处理；

5、所述的第二活性炭层负载有活性组分。

6、优选地，所述的丝网为pe丝网、pet丝网、pp丝网或皮芯丝网中的一种，环保无异味，丝径为0.12～0.22mm，孔径为0.9×0.9～2.2×2.2mm，既利于活性炭层中炭颗粒的均布，又利于空气在活性炭层缝隙界面产生分流，降低夹炭布材料的过滤阻力。

7、优选地，所述的第一活性炭层的中值孔径为1～4nm，微孔占比为55～65％，大孔占比为10～15％，铺设量为120～140g/m2。

8、优选地，所述的第一活性炭层选用比表面积为300～850m2/g、颗粒粒度为0.40～0.60mm的煤质活性炭为原料，经质量分数为29～39％的硝酸溶液浸泡后得到。

9、优选地，所述的第二活性炭层的中值孔径为0.5～0.7nm，微孔占比为85～95％，大孔占比<1％，铺设量为80～100g/m2；所述的活性组分为金属氧化物，选自mno2、cuo、fe2o3、ceo2中的一种；活性组分以金属质量计，占第二活性炭层质量的2.9～5.2％。

10、优选地，所述的第二活性炭层选用比表面积为1300～1600m2/g、颗粒粒度为0.25～0.35mm的椰壳活性炭为原料，经等体积浸渍法负载活性组分后得到。

11、优选地，所述的骨材选用克重为60～70g/m2的无纺布，材质为pet；所述的熔喷布选用克重为20～25g/m2的熔喷无纺布，材质为pp；所述的第一热熔胶网膜的克重为15～38g/m2，熔融温度为110～135℃，材质选自po、pes或pa中的一种；所述的第二热熔胶网膜的克重为15～38g/m2，熔融温度为110～135℃，材质选自po、pes和pa中的一种。

12、本发明第二方面公开了一种制备如上任一所述的汽车空调过滤器夹炭布的方法，包括如下步骤：

13、s1：在骨材上平铺第一热熔胶网膜，在第一热熔胶网膜上撒上第一活性炭形成第一活性炭层，在第一活性炭层上铺上丝网，在丝网上撒上第二活性炭形成第二活性炭层，在第二活性炭层上平铺第二热熔胶网膜，在第二热熔胶网膜上叠加熔喷布，得到叠合而成的半成品；

14、s2：对叠合而成的半成品进行振动处理，以利用具有一定硬挺度的丝网对第一活性炭层与第二活性炭层进行二次均布；

15、s3：对二次均布后的半成品进行热压，得到夹炭布。

16、优选地，所述的振动处理的振幅为0.2～0.6mm，频率为10～20hz，时间为2～5s，既要起到对活性炭层的炭颗粒的均布效果，又要避免因为振幅过大、频率过高、时间过长而导致的炭颗粒从布面掉落。

17、优选地，所述的热压的温度为110～140℃。

18、活性炭用于去除so2是物理吸附和化学吸附共同作用的结果，so2首先吸附在活性炭的外表面，经过内扩散进入活性炭的孔道结构中，最终通过物理吸附、化学反应固定在活性炭上或转变为其他物质。物理吸附主要依赖于外表面积和孔结构，大的外表面积可以使得活性炭与so2接触更充分，合适的孔结构意味着活性炭存在恰当比例的微孔、介孔和大孔，大孔和介孔主要用作so2分子的传输通道，而微孔则作为so2的吸附位，so2最终被固定在微孔中。

19、未经过化学改性的活性炭处理so2，主要以物理吸附为主，化学吸附只占约11％，主要是表面含氧官能团与so2发生化学作用。

20、通过化学改性可显著提高活性炭处理so2的能力，改性活性炭上so2的反应机理主要包括以下步骤：

21、so2(气态)+ac(活性炭)→so2(吸附态)            (1)；

22、o2(气态)+ac→o2(吸附态)                    (2)；

23、h2o(气态)+ac→h2o(吸附态)                  (3)；

24、so2(吸附态)+o2(吸附态)→so3(吸附态)         (4)；

25、so3(吸附态)+h2o(吸附态)→h2so4(吸附态) (5)；

26、h2so4(吸附态)+h2o(液态)→h2so4(液态)  (6)。

27、可见，有氧无水的情况下so2经活性炭最终变为so3，有氧有水的情况下最终会生产硫酸，而夹炭布使用环境通常是氧和水共存的，因而通常转化的产物为硫酸。

28、反应中第(4)步为整个反应的控制步骤，so2氧化为so3的速率最慢，因此通过提高此步骤的反应速率即可提高整个反应的速率，从而使得经过的so2可快速、完全地参与反应，以提高活性炭对so2的脱除效率，特别是反应初期的脱出效率。金属氧化物作为催化剂可显著降低so2氧化反应的活化能，提高so2氧化反应速率；硝酸处理可有效增加活性炭表面的含氧官能团，如羰基、内酯基等，这类官能团利于so2氧化反应的进行。基于此，本发明的夹炭布材料选用的活性炭分别进行了金属氧化物负载改性和硝酸改性，以提高夹炭材料去除so2的能力。

29、反应中第(5)、(6)步骤属于第二阶段，此时原先so2已由so3与水反应生成吸附态硫酸，并最终生成硫酸液滴。随着反应的进行，硫酸液滴越来越多发生聚集，会占据活性炭微孔的一部分体积，同时覆盖部分活性中心，这也将导致气体在活性炭颗粒中的有效扩散系数大大降低。若活性炭具有丰富的大孔，那么此阶段形成的硫酸液滴不可能完全充满微孔堵塞微孔、覆盖活性中心，气体在颗粒中始终可以扩散，这是因为当活性炭的微孔填充情况达到临界平衡时，硫酸会自动从微孔中溢出进入大孔中，而大孔中的硫酸不会影响so2的有效扩散系数，这就使得在很长时间内活性炭中始终存在部分可利用的微孔，进而可使活性炭吸附so2饱和时间得以延长，从而获得极高的so2吸附容量。基于此，本发明通过在夹炭布上下游分别设置以微孔为主导的椰壳活性炭和微孔、大孔并存且大孔丰富的煤质活性炭，从而同时获得较高的so2初期脱出效率和全周期吸附容量。

30、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

31、(1)本发明的夹炭布材料一方面通过在上游设置孔结构以微孔为主导并负载有金属氧化物活性组分的椰壳活性炭，以获得较高的初期so2净化效率；另一方面通过在下游设置微孔、大孔共存，大孔丰富且经过硝酸氧化改性的煤质活性炭，以同时获得较高的so2吸附容量。较大的外表面积利于炭颗粒与so2充分接触，大量<0.7nm的超微孔存在，孔道中载有可促进so2氧化反应转化为so3的活性组分，反应初期so2可完全脱除，且维持较长时间；微孔、大孔共存，硝酸氧化改性既利于拓孔又可增加表面含氧官能团，微孔中的生成物在较长时间内可很好地向大孔转移，活性炭吸附so2达到饱和的时间大大延长。

32、综上所述，本发明的夹炭布材料可同时获得高的初期so2去除效率和高的so2吸附容量。

33、(2)本发明夹炭布材料于炭层间的粘结采用pe丝网、pet丝网、pp丝网或皮芯丝网中的任一种代替传统的热熔胶网或热熔胶纤维胶丝，丝网环保，在热压下无挥发性异味，表层熔融可以很好地粘结、固定炭颗粒，避免了炭表面被大量胶覆盖，可将粘结对活性炭吸附性能的影响有效降低。

34、特定丝径编织成的丝网具有一定的硬挺度，结合特定的振动处理，丝网可以对活性炭层的炭颗粒进行有效二次均布，避免撒炭粉的操作过程中由于撒炭不均而造成的炭布局部“短路现象”。

35、此外，在炭层间布置一定硬挺度的丝网，气体从上而下穿透夹炭布材料时，主体气体首先从上层炭层的大孔隙初穿过，进入下层，丝网的存在相当于在炭层间布置了缝隙界面，气体到达此界面会产生分流效应，这就增加了气体穿透炭层时的总路径，相当于提高了气体的有效过滤面积，而气体总流量未变，则气体在炭层间的流速可有效降低，从而降低了气体在炭层间的流动阻力，整个夹炭布材料的过滤阻力因此有效降低。