[發(fā)明專利]一種疏水膜組件與碳納米層雙過(guò)濾凈化空氣的方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410418083.6
• 申請(qǐng)日: 2014-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN104190167A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖凱軍;代佳麗;申益;董浩;銀玉容
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D46/00
• 分類號(hào): B01D46/00;B01D46/54;B01D53/04;B01D71/34;B01D69/08;B01J20/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于碳?xì)?碳納米管復(fù)合材料膜凈化空氣的方法及裝置，屬于空氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展，各一線城市的空氣污染程度不容樂觀，霧霾現(xiàn)象頻頻發(fā)生，嚴(yán)重危害了人們?nèi)罕姷纳眢w健康。這其中尤以PM2.5最為嚴(yán)重，PM2.5即細(xì)顆粒物，指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5um的顆粒物。它能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)(例如，重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。在這種情況下，空氣凈化顯得尤為重要以及必要。目前凈化空氣過(guò)濾方法主要有以下幾種，其優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1。

表1不同凈化空氣過(guò)濾方法的優(yōu)缺點(diǎn)

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種不沾灰疏水膜分離大氣顆粒并結(jié)合碳?xì)?碳納米管復(fù)合材料吸附揮發(fā)性有機(jī)物的高效空氣凈化方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種疏水膜組件與碳納米層雙過(guò)濾凈化空氣的方法，其特征在于，先將空氣送入疏水膜組件進(jìn)行第一次過(guò)濾，過(guò)濾后的空氣經(jīng)過(guò)碳納米層進(jìn)行第二次過(guò)濾，進(jìn)而得到凈化后的空氣；所述碳納米層為三層結(jié)構(gòu)，上下兩層是碳纖維層，中間是碳?xì)?碳納米管層，上下的碳纖維層能夠固定中間的碳?xì)?碳納米管層，強(qiáng)度大大增強(qiáng)。

所述碳?xì)?碳納米管層的制備方法為：先用溶膠-凝膠法制備出催化劑前軀體氧化鎳-二氧化鈦復(fù)合物，再把氧化鎳-二氧化鈦復(fù)合物負(fù)載在碳?xì)稚希ㄟ^(guò)氫氣還原為碳?xì)?鎳-二氧化鈦，再以甲烷為碳源，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在碳?xì)稚铣练e一層碳納米管形成碳?xì)?碳納米管層(即碳?xì)?碳納米管復(fù)合材料)，具體方法如下：

(1)將等體積的吐溫20和摩爾比為5：3的醋酸、鹽酸以及硝酸鎳六水合物和鈦酸四丁酯(Ni²⁺和Ti⁴⁺摩爾比為1：1)加入到一定體積的乙醇溶液中，劇烈攪拌，通過(guò)等體積浸漬法將碳?xì)纸n在上述溶液中，在室溫下靜置2h后，然后在500～600℃下煅燒4～6h。即可得碳?xì)?氧化鎳二氧化鈦混合物。

(2)將一定質(zhì)量的碳?xì)?氧化鎳二氧化鈦混合物至于石英管反應(yīng)器中，在400～600℃溫度下，以20mL/min的流速通入氮?dú)夂蜌錃?體積比為1：3)作還原劑，待碳?xì)稚系难趸?二氧化鈦復(fù)合物還原完全后，改通一定時(shí)間的甲烷氣體，即可得碳?xì)?碳納米管復(fù)合材料。

所述疏水膜組件為不沾灰疏水含氟聚合物的微孔膜。

所述疏水膜組件的制備方法為：

以含氟樹脂PVDF為高分子聚合物原料，以NMP(N-甲基吡咯烷酮)或DMAc(N,N二甲基乙酰胺)為溶劑，制備鑄膜液；然后，通過(guò)同心三孔紡絲板進(jìn)行紡絲，中心孔的芯液為水，形成中空纖維狀態(tài)，再將其分別放置于第一凝固液和第二凝固液中進(jìn)行二次凝固成型，清洗除溶劑后，室溫干燥，制備PVDF中空纖維膜；再通過(guò)噴涂全氟醚材料，干燥后即形成超疏水PVDF中空纖維膜。超疏水PVDF中空纖維膜經(jīng)過(guò)整理后，將絲束切成一定長(zhǎng)度(可根據(jù)具體情況確定，一般為17-20cm)并對(duì)折成型，將膜絲口切齊,將膜絲切口放入在模具內(nèi)灌膠，硬化后切頭制備成中空纖維膜組件(即疏水膜組件)。

所述疏水膜組件中含氟樹脂PVDF的含量為20％～30％，NMP或DMAc的含量為70～80％。

所述第一凝固液是含水量乙醇或異丙醇，第二凝固液為去離子水。

所述全氟醚材料為全氟醚樹脂溶解于乙酸乙酯，形成濃度17～18％的噴涂液。

噴涂全氟醚材料后的干燥條件為：在150℃干燥20～30分鐘。

利用上述方法凈化空氣的裝置，包括殼體及位于殼體內(nèi)的風(fēng)機(jī)，所述殼體上設(shè)有進(jìn)、出氣口，其特征在于，所述殼體內(nèi)還包括疏水膜組件和集氣盒，所述疏水膜組件的一端與殼體上的進(jìn)氣口連通，疏水膜組件的另一端與集氣盒的進(jìn)氣口相連，集氣盒內(nèi)設(shè)有過(guò)濾進(jìn)氣的碳納米層，集氣盒的出氣口與風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口連接，風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與殼體上的出氣口連接。

所述殼體內(nèi)還包括消聲器，風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口通過(guò)消聲器與出氣口連接，所述殼體上還設(shè)有散熱扇。