一种多功能简易型空气净化器的制作方法

1.本发明涉及空气净化领域，具体涉及一种多功能简易型空气净化器。


背景技术：

2.空气净化器是一种普遍使用的家用电器，对空气中的颗粒物、有害气体的净化效果是空气净化器的主要性能指标；新冠肺炎疫情流行后，空气净化器新版国际标准、国家标准和美国标准均增加了空气净化器对空气中的细菌和病毒净化效果的规定。
3.国内外常用的空气净化器为达到净化空气中的颗粒物和有害气体的目的，采用了多种空气净化技术，包括纤维过滤、活性炭过滤、静电过滤(包括等离子、负离子和静电技术)、光催化、紫外线、茶多酚等。
4.对于颗粒物的过滤目前主要采用的滤料为玻璃纤维和熔喷驻极体静电滤料。玻璃纤维作为滤料可以达到很高的过滤效率，但是空气阻力很大。熔喷驻极体静电材料作为空气过滤材料时，虽然达到玻璃纤维相同效率时，空气阻力可以大幅度减少，但是根据国家标准这种材料作为空气过滤器滤料使用时，其效率必须是在除静电条件下测试所得，此时的过滤效率将明显减少，所以目前空气过滤器采用的颗粒物的滤材，空气阻力是一大瓶颈。
5.空气中的有害气体，其中代表物为甲醛。目前对于甲醛的清除，主要的方法是：活性炭过滤；等离子体净化。活性炭虽然对甲醛有较强的吸附清除作用，但是缺点是空气阻力大，饱和后不宜再生。等离子过滤，其优点是空气阻力小，当超过一定的电压(》12kv) 时对空气中的有害气体具有一定的分解清除作用，对颗粒物也有一定的沉积效果，对细菌和病毒有一定的杀灭作用，但是等离子空气过滤器可能产生臭氧、氮氧化物等二次污染，同时可能产生电磁干扰和出现电火花，因此使得空气净化器的使用范围大大受限。
6.对空气中的细菌和病毒净化，目前用于空气净化器杀灭细菌和病毒的主要技术就是紫外线灯，高强度的紫外线光对细菌和病毒的净化效果很高，但是国产的紫外线灯的辐射强度远低于国际先进产品，同时灯管的寿命只有1000小时左右，紫外线灯对人体皮肤和眼睛有较大的杀伤作用，还可能产生臭氧出现二次污染，所以国内主要用于纳米二氧化钛光催化的辅助光源。国内杀灭病毒的主要技术还是等离子体净化器，其优点是空气阻力小，当超过一定的电压(》12kv)时对空气中病毒有一定的杀灭作用，但是这种空气过滤器可能产生臭氧、氮氧化物等二次污染，同时可能产生电磁干扰和出现电火花。
7.2020年席卷全球的新冠肺炎疫情大流行之后，国内外开始将空气净化器的应用范围扩大到医院、学校、办公室等公共建筑，因此要求空气净化器必须同时具备灭活病毒和杀灭细菌的功能。现有的空气净化器为达到上述目的，一般都是由几种技术叠加组合而成，不但售价居高不下，而且配件更换频繁，运行费用不菲，空气阻力过大导致能耗增加，与此同时，部分净化技术可能产生对人体有害的二次污染，例如高压静电过滤，由于可能产生臭氧，氮氧化物、voc等二次污染，使用范围受到很大的限制。
8.疫情期间国内研发的用于抗疫的病毒和细菌净化材料基本上均为单一化合物，病毒灭活率和细菌杀灭率效果有限；或是存在对人体有害、有异味、有腐蚀性的缺陷。
9.综上，开发空气阻力低、有害气体净化率高、病毒灭活率及细菌杀灭率高、性能更优、价格更低、绿色环保的多功能性空气净化器已是当务之急。


技术实现要素：

10.本发明针对上述技术问题，提供了一种多功能简易型空气净化器，基于复合型空气过滤滤芯，可同时具备过滤空气，清除有害气体和灭活病毒、杀灭细菌的多项功能，结构简单，效率高，性能优，不会产生二次污染，安全、绿色环保，价格低。
11.本发明的构思在于，将空气净化器的多种净化功能集中到单一空气过滤器上，采用物理阻隔式滤芯，对滤芯进行功能化构建，在滤芯中直接掺杂有害气体净化材料，在滤芯中接枝病毒和细菌净化材料形成复合型空气过滤滤芯，在高效净化空气中细颗粒物和有害气体的同时，对空气中的病毒进行灭活，并对空气中的细菌进行杀灭。
12.结合以上构思，本发明提供了如下的技术方案：
13.第一方面，本发明提供了一种多功能简易型空气净化器，包括壳体、复合型空气过滤滤芯、风机、电机和控制器，所述复合型空气过滤滤芯包括纳米静电纤维纺丝膜滤芯、有害气体净化材料、病毒和细菌净化材料。
14.进一步的，所述有害气体净化材料直接掺杂在纳米静电纤维纺丝膜滤芯中，所述病毒和细菌净化材料接枝到纳米静电纤维纺丝膜滤芯中。
15.进一步的，所述纳米静电纤维纺丝膜滤芯为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯。
16.进一步的，所述有害气体净化材料为纳米金红石锰锌材料，纳米金红石锰锌材料直接掺杂在纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯中。
17.进一步的，所述病毒和细菌净化材料为双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液，双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯中。
18.第二方面，本发明提供了一种复合型空气过滤材料，所述复合型空气过滤材料可用于第一方面多功能简易型空气净化器，所述复合型空气过滤材料包括纳米静电纤维纺丝膜、有害气体净化材料、病毒和细菌净化材料。
19.进一步的，所述有害气体净化材料直接掺杂在纳米静电纤维纺丝膜滤芯中，所述病毒和细菌净化材料接枝到纳米静电纤维纺丝膜中。
20.进一步的，所述纳米静电纤维纺丝膜为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜。
21.进一步的，所述有害气体净化材料为纳米金红石锰锌材料，直接掺杂在纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中。
22.进一步的，所述病毒和细菌净化材料为双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液，双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中。
23.第三方面，本发明提供了第二方面复合型空气过滤材料的制备方法，包括以下步骤：
24.s1、将纳米金红石锰锌材料与纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜的原料混合，采用直接掺杂法制备纳米金红石锰锌功能化的纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜；
25.s2、将双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中。
26.第四方面，本发明提供了一种病毒和细菌净化材料，包括：双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液。
27.所述病毒和细菌净化材料用于第一方面所述多功能简易型空气净化器或第二方面所述复合型空气过滤材料或依据第三方面所述制备方法制备的复合型空气过滤材料或作为消毒液应用。
28.经检测，本发明提供的多功能简易型空气净化器和复合型空气过滤材料，对新冠病毒的灭活率》99.99％，对流感病毒的灭活率》99.99％，对细菌的抑菌率(杀灭率)》99.995％，对甲醛的净化效率为97％。
29.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
30.本发明提供了一种多功能简易型空气净化器，采用在纳米静电纤维纺丝膜滤芯材料中掺杂有害气体净化材料，在纳米静电纤维纺丝膜滤芯中接枝病毒和细菌净化材料，将空气净化器的多种净化功能集中到单一空气过滤器上，形成复合型空气过滤滤芯，可同时具备过滤空气，清除有害气体和灭活病毒、杀灭细菌的多项功能，结构简单，效率高，性能优，价格低；采用纳米静电纤维纺丝膜滤芯物理阻隔式过滤器，不会产生二次污染物，没有电气安全隐患，安全、绿色、环保。
附图说明
31.以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
32.图1多功能简易型空气净化器结构图；
33.图2复合型空气过滤材料的制备方法；
34.附图标记名称：
35.1、壳体；2、复合型空气过滤滤芯；3、风机；4、电机；5、控制器。
具体实施方式
36.下面结合附图1至2，对本发明作详细的说明。
37.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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
38.实施例1一种多功能简易型空气净化器
39.本发明实施例1提供了一种多功能简易型空气净化器，如图1所示，包括壳体1、复合型空气过滤滤芯2、风机3、电机4和控制器5，所述复合型空气过滤滤芯包括纳米静电纤维
纺丝膜滤芯、有害气体净化材料、病毒和细菌净化材料。
40.所述有害气体净化材料直接掺杂在纳米静电纤维纺丝膜滤芯中，所述病毒和细菌净化材料接枝到纳米静电纤维纺丝膜滤芯中。
41.优选的，所述纳米静电纤维纺丝膜滤芯为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯。
42.进一步优选的，所述纳米静电纤维纺丝膜滤芯为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯。
43.优选的，所述有害气体净化材料为纳米金红石锰锌材料；
44.所述纳米金红石锰锌材料直接掺杂在纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯中。
45.直接掺杂(或直接掺杂法)是指，将所述纳米金红石锰锌材料与纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜的原料混合，生产过程中形成纳米金红石锰锌功能化的单一的整体性的纤维滤材。
46.所述纳米金红石锰锌材料由纳米二氧化钛、纳米二氧化锰、纳米氧化锌组成；优选的，所述纳米金红石锰锌材料中纳米二氧化钛的比重为99％。
47.优选的，所述病毒和细菌净化材料为双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液；所述病毒和细菌净化材料接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯中。
48.所述的复合型空气过滤滤芯也即是功能化的纳米静电纤维纺丝膜滤芯(功能化的纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜滤芯)。
49.在本实施例1中，纳米静电纤维纺丝膜滤芯具有高比表面积，高孔隙率，材料成本低，易于对其进行功能化构建；以纳米静电纤维纺丝膜为滤芯的空气过滤器结构简单，价格低，安全、绿色、环保。所述纳米金红石锰锌材料用于空气中有害气体的净化。所述双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液用于灭活病毒和杀灭细菌。
50.实施例2一种复合型空气过滤材料
51.本发明实施例2提供了一种复合型空气过滤材料，所述复合型空气过滤材料可用于实施例1中多功能简易型空气净化器，所述复合型空气过滤材料包括纳米静电纤维纺丝膜、有害气体净化材料、病毒和细菌净化材料。
52.所述有害气体净化材料直接掺杂在纳米静电纤维纺丝膜滤芯中，所述病毒和细菌净化材料接枝到纳米静电纤维纺丝膜中。
53.优选的，所述纳米静电纤维纺丝膜为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基 n-卤胺静电纤维纺丝膜。
54.进一步优选的，所述纳米静电纤维纺丝膜为纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜。
55.优选的，所述有害气体净化材料为纳米金红石锰锌材料，所述纳米金红石锰锌材料由纳米二氧化钛、纳米二氧化锰、纳米氧化锌组成；优选的，所述纳米金红石锰锌材料中纳米二氧化钛的比重为99％。
56.所述纳米金红石锰锌材料是直接掺杂在纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中，形成纳米金红石锰锌功能化的单一整体性的纤维滤材。
57.优选的，所述病毒和细菌净化材料为双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液；所
述病毒和细菌净化材料接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中。
58.所述的复合型空气过滤材料也即是功能化的纳米静电纤维纺丝膜(功能化的纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜)。
59.在本实施例2中，所述纳米金红石锰锌材料用于空气中有害气体的净化；所述双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液用于灭活病毒和杀灭细菌；所述纳米静电纤维纺丝膜具有高比表面积，高孔隙率，材料成本低，易于对其进行功能化构建；以纳米静电纤维纺丝膜为滤芯的空气过滤器结构简单，价格低，安全、绿色、环保。
60.实施例3一种复合型空气过滤材料的制备方法
61.本发明实施例3提供了一种复合型空气过滤材料的制备方法，用于制备实施例2中的复合型空气过滤材料，本实施例3制备方法制备的复合型空气过滤材料，纳米金红石锰锌材料直接掺杂在纳米静电纤维纺丝膜中，形成纳米金红石锰锌功能化的整体性的纤维滤材。
62.本发明实施例3复合型空气过滤材料的制备方法如图2所示，包括以下步骤：
63.s1、将纳米金红石锰锌材料与纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜的原料混合，采用直接掺杂法制备纳米金红石锰锌功能化的纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜；
64.s2、将双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液接枝到纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜中。
65.本实施例3的复合型空气过滤材料，经过纳米金红石锰锌材料功能化与接枝双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液，形成的是经纳米金红石锰锌、双戊烯与氯化十六烷基吡啶功能化的单一整体性的纳米静电纤维滤材。
66.实施例4一种病毒和细菌净化材料
67.本发明实施例4提供了一种病毒和细菌净化材料，包括：双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液。
68.所述病毒和细菌净化材料用于实施例1中所述的多功能简易型空气净化器或实施例 2中所述的复合型空气过滤材料或依据实施例3中所述制备方法制备的复合型空气过滤材料或作为消毒液应用。
69.实施例5空气过滤效率与空气阻力检测
70.空气中的颗粒物的净化效果是空气净化器国家标准中主要性能指标之一，对空气过滤器采用的颗粒物的滤芯，空气阻力是重要的检测指标。
71.依据gb/t 13554-2020《高效空气过滤器》标准，对分别以纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜、纳米聚酰胺基n-卤胺静电纤维纺丝膜、玻璃纤维作为滤芯的多功能简易型空气净化器在作为高效过滤器应用过程中的空气过滤效率与空气阻力进行检测比对，检测结果见表1。
72.表1多功能简易型空气净化器过滤效率与空气阻力检测
[0073][0074]
表1的检测结果表明，对比例玻璃纤维滤芯的过滤效率高，但是空气阻力很大，而纳米静电纤维纺丝膜滤芯，尤其是纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜滤芯，是通过致密的纳米级纤维网过滤空气中的细颗粒物和颗粒物，属于物理阻隔式过滤，不但过滤效率高，且空气阻力小。
[0075]
实施例6多功能简易型空气净化器甲醛净化效率检测
[0076]
空气中有害气体的净化效果是空气净化器国家标准中主要性能指标之一，其中代表物为甲醛。
[0077]
依据gb/t 18801-2015《空气净化器》标准，对含纳米金红石锰锌材料的功能化的纳米静电纤维纺丝膜滤芯的多功能简易型空气净化器进行甲醛净化效率检测，检测结果见表2。
[0078]
表2多功能简易型空气净化器甲醛净化效率检测结果
[0079][0080]
表2的检测结果表明，2种含纳米金红石锰锌材料的功能化的纳米静电纤维纺丝膜滤芯的多功能简易型空气净化器甲醛的净化效率均达到97％，甲醛净化效率高。
[0081]
纳米金红石锰锌是一种纳米级催化材料，空气中的甲醛分子和氧分子被纳米金红石锰锌催化后转换为co2分子和h2o分子，达到净化作用，纳米金红石锰锌对甲醛的净化机理为：
[0082][0083]
纳米金红石锰锌对氨气和硫化氢也有分解作用，可起到除臭的效果。
[0084]
实施例7功能化的纳米静电纤维纺丝膜或其滤芯的抗菌性能与抗病毒活性检测
[0085]
依据gb/t 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》标准，对功能化纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或其滤芯的细菌杀灭率进行检测。依据iso 18184： 2019(e)《纺织品抗病毒活性测定》国际标准，对功能化的纳米静电纤维纺丝膜或其滤芯的病毒杀活率进行检测。检测结果详见表3。
[0086]
表3功能化的纳米静电纤维纺丝膜或其滤芯的抗菌性能与抗病毒活性检测结果
[0087][0088]
由表3的检测结果可知，功能化纳米二氧化硅静电纤维纺丝膜或其滤芯对流感病毒和新冠病毒灭活率大于99.99％，对细菌的抑菌率(杀灭率)大于99.995％。检测结果表明，功能化的纳米静电纤维纺丝膜或其滤芯具有高效的灭活病毒和杀灭细菌的性能。
[0089]
多功能简易型空气净化器中的复合型空气过滤滤芯中的双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液，在空气净化过程中，细菌和病毒首先被纳米静电纤维纺丝膜滤芯拦截，然后经双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液功能化的纳米静电纤维纺丝膜释放活性氯灭活病原体。
[0090]
在将双戊烯与氯化十六烷基吡啶的混合溶液接枝到纳米静电纤维纺丝膜滤芯中的多功能简易型空气净化器中，双戊烯与氯化十六烷基吡啶发挥联合作用，能够高效灭活病毒和杀灭细菌。
[0091]
以上对本发明进行了详细介绍，本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。