納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機的製作方法

2023-05-23 12:30:56

專利名稱：納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種濾網及具有該濾網的空氣淨化機，特別是涉及一種能夠有效 改善粒狀及氣相汙染物的處理效果，以解決目前一般市售空氣淨化機在使用上無法有效去 除揮發性有機物的納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機。
背景技術：
由於國人生活水平普遍提升，對於室內空氣品質的要求日益增加，除了以往被認 知為室內空氣品質的主要項目如微粒、生物性氣膠及臭味物質外，裝潢後的室內、或醫院、 家具廠、化工廠等場所則容易產生例如，甲醛及甲苯等揮發性有機物(volatile organic compounds，簡稱為VOCs)，這些揮發性有機物已被發現會影響身體健康，且可能具有致癌 性。為了改善室內空氣品質，空氣淨化機的使用越來越普遍。目前市面所見空氣淨化 機的功效仍以去除微粒及殺菌為主，且主要包括以下四類活性碳空氣淨化機、負離子空氣 淨化機、臭氧空氣淨化機及光觸媒空氣淨化機等，儘管上述空氣淨化機都有特定的去除對 象與功效，但無法兼顧室內空氣品質所要求的各項汙染物的去除。此外，對於空氣中甲醛、 甲苯等揮發性有機物雖均標榜有相當的成效，然而，根據臺北科技大學室內空氣品質研究 團隊針對目前各種市售空氣淨化機所做的研究評估顯示，所述空氣淨化機對室內甲醛的淨 化效果均未超過60 %，甚至只達10 20 %，顯示目前市售空氣淨化機對揮發性有機物的去 除率不佳。其中，空氣淨化機的清除對象與性能，主要與其所配備的濾網有關，近年來，隨著 高級氧化程序的研究越臻成熟，及其研究重心已由均相催化反應逐漸轉向異向催化反應的 趨勢，目前國內外已有許多學者相繼提出將光觸媒及納米觸媒應用於空氣處理的研究，但 受限於觸媒本身的特性，實際應用時仍以Ti02、FeOOH、ZnO及納米銀觸媒搭配UV光的方式 使用，甚至也有添加Au、Pt等貴重金屬以提升觸媒效能的複合性觸媒產品。此外，雖然目前 也有臭氧/觸媒異相催化的技術，但其主要是應用在廢水處理上，這是由於臭氧溶於水時 能與觸媒接觸形成一個反應循環系統，具有足夠催化時間，所以能夠獲得不錯的處理效率。 若將此系統應用於處理空氣中的揮發性有機物時，由於空氣中臭氧與觸媒接觸時間短，往 往導致催化效果不彰，進而使處理效果不佳，因此在空氣淨化機上，目前能實際應用於催化 臭氧的觸媒材料仍相當有限。為了解決目前市售空氣淨化機無法有效去除空氣中揮發性有 機物的缺點，仍有持續開發可有效去除揮發性有害氣體的特定濾網與空氣淨化機的需求， 以更進一步增加空氣潔淨效率。

實用新型內容本實用新型的目的是在提供一種能夠有效提升觸媒催化臭氧反 應的效能，並延長 觸媒的使用壽命，以大幅改善室內空氣品質的納米觸媒濾網。於是，本實用新型的納米觸媒濾網，適於搭配一個臭氧產生單元安裝在空氣流通的路徑上，並包含一個纖維網體，及至少一層結合在該纖維網體上的觸媒層。其中，該空氣 流通的路徑形成在一臺空氣淨化機中。該觸媒層包括多個附著在該纖維網體上的觸媒顆粒，所述觸媒顆粒是屬於納米層 級式，且是選自於 A100H、A1203、MnO2, FeOOH、Co3O4NiO, Fe2O3> Ag2O, Cr2O3> CeO2, V2O5, CuO, Mo03、SiO2，及它們的組合。所述纖維網體為高效率纖維網。所述納米觸媒濾網還包含一層設置在所述纖維網體與所述觸媒層之間的粘合劑 層，所述觸媒層的所述觸媒顆粒通過所述粘合劑層附著於所述纖維網體。所述納米觸媒濾網還包含兩層分別設置在所述纖維網體與所述觸媒層之間的粘 合劑層，所述觸媒層的觸媒顆粒通過所述粘合劑層附著於所述纖維網體。本實用新型的納米觸媒濾網的有益效果在於該纖維網體不但可用於濾除灰塵、 細菌等汙染物，還可作為供所述觸媒顆粒附著以形成該觸媒層的支撐結構。藉此，利用所述 觸媒顆粒的納米層級式結構使該觸媒層具有較大的比表面積，而能提升催化臭氧反應的效 能，以將更多的臭氧分解為具有更強氧化能力的氫氧自由基，進而利用氫氧自由基將空氣 中的甲醛及總揮發性有機物(total volatile organic compounds，簡稱為TV0C)分解為二 氧化碳與水等無毒性的物質，使本實用新型除了仍然保有過濾功能外，還兼具有能夠破壞 及去除空氣中有害人體健康的有機分子的功效，因此，具有能有效改善空氣品質的特性與 實用價值。進一步地，本實用新型還提供一種能夠有效去除並分解空氣中的揮發性有機物， 以提供更完整且全面性的空氣淨化機能的具有該納米觸媒濾網的多效能空氣淨化機。於是，本實用新型多效能空氣淨化機，包含一個機殼、分別相間隔地安裝在該機殼 內的一個風車、一個臭氧產生單元，及一個如權利要求1至權利要求8任一項所述的納米觸 媒濾網。該機殼包括相間隔的一個吸氣端及一個出氣端。該風車是安裝在該機殼的吸氣端，以抽引空氣進入該機殼內並朝該出氣端流動。該臭氧產生單元是阻隔安裝在該風車與該出氣端之間，並具有至少一個與該風車 反向設置的臭氧輸出口。該納米觸媒濾網是阻隔安裝在該臭氧產生單元與該出氣端之間。所述空氣淨化機還包含一個安裝在所述納米觸媒濾網與所述出氣端之間的第一 濾網。本實用新型多效能空氣淨化機的有益效果在於可利用該風車抽引待處理空氣進 入該空氣淨化機內，再分別通過該臭氧產生單元與納米觸媒濾網的處理，達到潔淨空氣的 效果，使該空氣淨化機除了具有基本的除塵濾菌功能外，還能透過該臭氧產生單元的臭氧 與納米觸媒濾網作用所產生的氫氧自由基使空氣中的甲醛及揮發性有機分子被分解，而能 有效去除空氣中的揮發性有機物，達到全面去除空氣中各種有害物質，以改善空氣品質的 效果，使本實用新型具有更完整且更強效的空氣潔淨效果。
圖1是一個示意圖，說明本實用新型具有該納米觸媒濾網的多 效能空氣淨化機的 一個較佳實施例；及[0022]圖2是一個示意圖，說明本實用新型的納米觸媒濾網的一個較佳實施例。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明參閱圖1與圖2，本實用新型的納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機 的較佳實施例包含一個機殼2、分別相間隔地安裝在該機殼2內的一個風車3、一個臭氧產 生單元4、一個納米觸媒濾網5、一個第一濾網6及一個第二濾網7。其中，該第一、第二濾網 6、7的型式不受限，可配合使用需求選用適當類型的濾網，在本實施例中，該第一濾網6是 採用具有除臭功效的活性碳納米銀濾網，該第二濾網7則是使用具有除塵濾菌功能的高效 率纖維濾網(High efficiency particulate air filter，簡稱為 HEPA)。該機殼2包括相間隔的一個吸氣端21及一個出氣端22。該風車3是安裝在該機殼3的吸氣端21，以抽引空氣進入該機殼2內並朝該出氣 端22流動，進而在該吸氣端21與該出氣端22間界定出一空氣流通的路徑。在本實施例中， 該臭氧產生單元4、納米觸媒濾網5及第一、第二濾網6、7依序安裝在該空氣流通的路徑上。值得說明的是，為了避免進入該空氣淨化機因為細小微粒與粉塵造成系統堵塞而 影響處理效果，在該臭氧產生單元4與該風車3之間，還可安裝一個初步除塵濾網(圖中未 顯示)，並能利用該除塵濾網的網狀結構初步濾除外界進入的微粒與粉塵，在該除塵濾網上 若再配合使用活性碳作為載體，還可吸附空氣中異味產生脫臭的效能。該臭氧產生單元4是阻隔安裝在該風車3與該納米觸媒濾網5之間，能利用空氣 產生臭氧，並具有三個相間隔且與該第一濾網4反向設置的臭氧輸出口 41。該臭氧產生單 元4產生臭氧的功能為現有技術，在此不再贅述。該納米觸媒濾網5阻隔安裝在該臭氧產生單元4與該第一濾網6之間，並包括一 個纖維網體51、分別噴塗在該纖維網體51的上、下表面的二層粘合劑層52，及分別通過所 述粘合劑層52結合在該纖維網體51上的二層觸媒層53。所述觸媒層53各具有多個附著 在該纖維網體51上的觸媒顆粒531，所述觸媒顆粒531是經噴塗而結合於該粘合劑層52進 而附著於該纖維網體51。該纖維網體51的型式不受限，可依所要濾除的汙染物大小選用適 當孔徑的濾網，在本實施例中是選用高效率纖維濾網，以提高過濾效能。其中，所述觸媒顆粒531是屬於納米層級式觸媒，且選自於A100H、A1203、MnO2, FeOOH、Co3O4、NiO、Fe2O3、Ag2O、Cr2O3、CeO2、V2O5、CuO、MoO3、SiO2,及它們的組合。前述材料皆 是屬於可有效將臭氧分解的觸媒，但考慮到前述材料中Co、Ni、Cr、Ce和V等屬於環保署公 告列管的重金屬，在廢觸媒處理上，可能導致二次汙染，而Ag、Au和V為貴重金屬，原料成本 相對較高，因此，所述觸媒顆粒531較佳選自於A100H、A1203、MnO2，及它們的組合。本實用新型形成該納米觸媒濾網5主體部分的納米層級式(Hierarchical)觸媒 顆粒531主要是選自於A100H、A1203、MnO2的多孔性觸媒濾材，其主要優點為一方面能改良 觸媒特性以增加0H、官能團的活性位置，另一方面利用聚集成長化作用所形成的多孔性觸 媒載體，能藉由觸媒表面多孔性增加其比表面積，進而提升觸媒催化臭氧反應的效能，並能 延長觸媒的使用壽命。如此，在該空氣淨化機的前端就能以前述的初步除塵濾網的網狀結 構作為前處理單元來處理空氣中細小的微粒與粉塵，後端則通過臭氧與觸媒表 面作用所產 生的氧化能力更強的氫氧自由基破壞各種空氣汙染物(例如，甲醛、甲苯、揮發性有機物等室內揮發性氣體)，並仍能利用納米觸媒顆粒531去除殘留的臭氧，以完全控制室內臭氧濃 度為零，並提供更多新鮮氧氣。以下分別以A100H、A1203、MnO2為例，說明製造納米層級式觸媒材料的方法(I)AlOOH納米層級式觸媒以熱解法製造，分別取0. 0035mol的KAl (SO4)2 · 12H20 及0. 007mol的CO(NH2)2粉末溶於70ml的去離子水中，並均勻攪拌15分鐘，再將此溶液借 由鐵氟龍管傳送至容量IOOml的壓力鍋內，將其密封且保持180°C持續3小時後，再使壓力 鍋降至室溫，此時溶液的PH值為9呈鹼性，會有白色沉澱物產生，過濾收集該白色沉澱物並 使用去離子水及無水酒精清洗數次後，將該產物置於80°C的環境進行真空乾燥並持續12 小時，就能獲得A100H的納米層級式觸媒。(2)Al2O3納米層級式觸媒在熱解程序中，首先加入IOml的Al2(SO4)3(濃度為 0. lmmol/L)及2. Oml的THF溶液，再將此溶液以鐵氟龍管傳送至容量50ml的壓力鍋內，然 後加入28ml的去離子水使總體積約佔壓力鍋80%，接著再加入0. 229g的urea(濃度為 0. 0954mmol/L)，並將壓力鍋密封且保持150°C持續24小時後，使壓力鍋自然降溫至室溫， 並使用離心機離心收集固體物，接著，利用去離子水及酒精清洗該固體物數次，以去除異 分子聚合物及硫酸根離子後，放置室溫晾乾，最後，再使用高溫爐以每分鐘2°C緩慢加熱至 800°C，保持此溫度兩小時就能獲得Al2O3的納米層級式觸媒。(3) MnO2納米層級式觸媒首先將MnS04、K2S2O8及CuSO4以摩爾數比20 20 1 溶入300ml的去離子水，配製成含有濃度為0. 05mol/L的Mn2+的溶液，接著，在該溶液中 緩慢加入少許濃硫酸並小心密封后，在25°C持續存放3天，等到反應完全會在容器底部產 生黑色沉澱物，過濾收集該黑色沉澱物並使用去離子水潤溼數次以去除多餘離子，最後，在 110°C烘箱內進行乾燥並放置隔夜，就能獲得MnO2的納米層級式觸媒。製成納米觸媒結構的主要特性是使所述觸媒顆粒531具有多個形成於其表面的 納米尺寸孔洞，且所述孔洞的孔徑較佳為20nm lOOnm，藉由這種多孔性觸媒材料，可有效 增加比表面積，在本實施例中，所述觸媒顆粒531的比表面積(BET) > 100m2/g，藉此可大 幅提升觸媒催化臭氧反應的效能，並延長觸媒的使用壽命，臭氧與觸媒表面作用將分解產 生氧化能力更強的氫氧自由基，利用這些氫氧自由基能破壞並分解各種空氣汙染物，尤其 是甲醛、甲苯等揮發性有機氣體，因此對於進一步改善室內空氣品質能提供極佳的成效。此 夕卜，少部分未分解而殘留的臭氧最後仍可被所述觸媒顆粒531分解，可有效控制排出的臭 氧濃度，使自該空氣淨化機排出的空氣更為新鮮潔淨。值得說明的是，為有效增加觸媒顆粒531與臭氧能有效的完全反應，在本實施例 中是在該纖維網體51兩面各噴塗一層粘合劑層52，並分別在所述粘合劑層52噴塗所述觸 媒顆粒531，以在該纖維網體51兩相反面各形成一層觸媒層53，並藉此特性使催化臭氧反 應產生氫氧自由基的效能提升，有效增進臭氧與該納米觸媒濾網5的接觸面積及時間，進 而增加揮發性有機物被分解的效率。該第一濾網6是阻隔安裝在該納米觸媒濾網5與該第二濾網7之間。在本實施例 中，該第一濾網6為活性碳納米銀濾網，除了能利用納米銀本身的高效率殺菌功效外，還能 輔助該納米觸媒濾網5催化臭氧產生更高氧化能力的氫氧自由基(0H ·)，加上以活性碳為 載體還具有高比表面積的優點及較強的吸附能力。該第二濾網7是安裝在該第一濾網6與該出氣端22之間，藉由選用高效纖維濾網作為該第二濾網7，可利用其次微米超細纖維毛管去除99. 97%以上的過敏原，包括，黴菌 孢子、塵蹣以及灰塵等。該第二濾網7可將通過第一濾網4、納米觸媒濾網5而仍殘留在空 氣中的雜質濾除，使自該空氣淨化機的出氣端22排出的空氣更潔淨新鮮。選擇臺中澄清醫院的病理科及檢驗室作為試驗場地，試驗前與使用本實用新型空 氣淨化機處理後8小時後分別在所述場地進行實場採樣，測試結果如下表所示表-1病理科的採樣測試結果 表-2檢驗室的採樣測試結果 經連續監測採樣結果顯示，病理科的甲醛及總揮發性有機物(totalvolatile organic compounds,簡稱為 TVOCs)其背景濃度分別為 0. 24 4. 8ppm 及 3. 45 5. 85ppm, 在檢驗室的總揮發性有機物的背景濃度則為1. 59 7. 46ppm，都超過環保署所訂定的室內 空氣品質建議值，使用本實用新型的多效能空氣淨化機處理8小時後，再對所述場地進行 採樣，結果顯示病理科的甲醛去除率達98%，且總揮發性有機物的去除率為60%，檢驗室 的總揮發性有機物的去除率達90%。據此可說明使用本實用新型具有該納米觸媒濾網的空 氣淨化機處理後，確實能去除空氣中的甲醛及揮發性有機物，明顯具有可效改善空氣品質 的效果。歸納上述，本實用新型的納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機能夠獲 得下述的功效及優點，所以能達到本實用新型的目的一、通過選擇可分解臭氧觸媒材料，並將其製成納米層級式的觸媒顆粒531，再結 合至纖維網體51上形成觸媒層53，就能利用所述觸媒顆粒531可分解臭氧的特性與大幅增 加的比表面積，促進臭氧分解為氫氧自由基的效率，進而利用氫氧自由基的強氧化能力破 壞及分解空氣中的揮發性有機物，使本實用新型的納米觸媒濾網5搭配臭氧使用時，針對 空氣中存在的揮發性有機物，能發揮極優異的淨化效果，而有助於改善空氣品質。二、本實用新型空氣淨化機除了能通過搭配安裝不同型式的濾網分別對所處理的空氣進行除臭、殺菌、除塵與濾菌等基本空氣潔淨功能，還能藉由安裝相對應的該納 米觸媒 濾網5與該臭氧產生單元4，使存在空氣中且不易被去除的揮發性有機物，受到臭氧分解產 生的氫氧自由基作用而破壞，達到有效去除的效果，使本實用新型空氣淨化機能對空氣質 量提供全面性的改善效果而極具實用價值。
權利要求一種納米觸媒濾網，其適於搭配一個臭氧產生單元安裝在空氣流通的路徑上，並包含一個纖維網體和至少一層結合在該纖維網體上的觸媒層；其特徵在於所述觸媒層包括多個附著在所述纖維網體的觸媒顆粒，且所述觸媒顆粒是屬於納米層級式。
2.根據權利要求1所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述纖維網體為高效率纖維網。
3.根據權利要求1所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述觸媒層的所述觸媒顆粒具 有多個形成於其表面的納米尺寸孔洞，且所述孔洞的孔徑為20nm lOOnm。
4.根據權利要求3所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述納米觸媒顆粒的比表面積 > IOOmVgo
5.根據權利要求3所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述納米觸媒濾網還包含一層 設置在所述纖維網體與所述觸媒層之間的粘合劑層，所述觸媒層的所述觸媒顆粒通過所述 粘合劑層附著於所述纖維網體。
6.根據權利要求1所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述納米觸媒濾網還包含一層 在所述纖維網體與所述觸媒層之間的粘合劑層，所述觸媒層的所述觸媒顆粒是通過所述粘 合劑層附著於所述纖維網體。
7.根據權利要求4所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述納米觸媒濾網包含兩層分 別設置在所述纖維網體兩相反面的觸媒層。
8.根據權利要求7所述的納米觸媒濾網，其特徵在於所述納米觸媒濾網還包含兩層 分別設置在所述纖維網體與所述觸媒層之間的粘合劑層，所述觸媒層的觸媒顆粒通過所述 粘合劑層附著於所述纖維網體。
9.一種多效能空氣淨化機，其包含一個機殼、相間隔地安裝在該機殼內的一個風車及 一個臭氧產生單元，所述機殼包括相間隔的一個吸氣端及一個出氣端，所述風車安裝在所 述機殼的吸氣端，以抽引空氣進入所述機殼內並朝所述出氣端流動，所述臭氧產生單元阻 隔安裝在所述風車與所述出氣端之間，並具有至少一個與所述風車反向設置的臭氧輸出 口，其特徵在於所述空氣淨化機還包含一個權利要求1至權利要求8中任一項所述的納米觸媒濾網， 所述納米觸媒濾網與所述風車、所述臭氧產生單元相間隔地安裝在所述機殼內，且阻隔安 裝在所述臭氧產生單元與所述出氣端之間。
10.根據權利要求9所述的多效能空氣淨化機，其特徵在於所述空氣淨化機還包含一 個安裝在所述納米觸媒濾網與所述出氣端之間的第一濾網。
11.根據權利要求10所述的多效能空氣淨化機，其特徵在於所述第一濾網是用於除 臭的活性碳納米銀濾網。
12.根據權利要求10或權利要求11所述的多效能空氣淨化機，其特徵在於所述空氣 淨化機還包含一個安裝在所述第一濾網與所述出氣端之間的第二濾網。
13.根據權利要求12所述的多效能空氣淨化機，其特徵在於所述第二濾網是用於除 塵濾菌的高效率纖維濾網。
專利摘要本申請提供了一種納米觸媒濾網及具有該濾網的多效能空氣淨化機，該濾網包含一個纖維網體及至少一層結合在該纖維網體上的觸媒層。該觸媒層包括多個附著在該纖維網體上的觸媒顆粒，所述觸媒顆粒是屬於納米層級式。利用所述觸媒顆粒的納米層級式結構，不但使該觸媒層具有較大的比表面積，還能在該觸媒層表面增加OH官能團的活性位置，進而提升該觸媒層催化臭氧反應的效能，及延長該觸媒層的使用壽命，因此，以所述觸媒層搭配所述纖維網體，使本實用新型的納米觸媒濾網能有效分解及去除空氣中的揮發性有機物，而能增進其改善室內空氣品質的實用價值。
文檔編號B01D39/14GK201586439SQ200920179140
公開日2010年9月22日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者朱世全, 李幸芳, 楊景盛, 陳光正 申請人:正遠鋒實業股份有限公司