可凈化空氣的電暖裝置及鋼化玻璃負載催化劑的制備方法與流程

本發明屬于供暖裝置及空氣凈化領域，具體涉及一種具有凈化空氣功能的電暖裝置。

背景技術：

隨著社會的發展，人民生活水平的提高，房屋居室裝修日益增多，然而人們不只關心家居裝飾品的美觀性，更注重其實用性如環保節能、安全健康等方面。家居裝修中使用的造板及其制品、地毯、內墻涂料、木家具、壁紙等會向室內釋放甲醛和vocs(揮發性有機物)等有害物質，嚴重危害人體的身體健康。其中，甲醛具有緩慢釋放、持久污染的特點，且具有刺激毒性，是一種致癌物質，可經吸入及皮膚接觸而危害人體健康。

近年來，去除甲醛的技術主要有活性炭吸附、催化劑氧化分解、光催化劑催化分解等技術。其中，活性炭易飽和，受熱容易向外解吸污染物，同時伴有回收再生率差的問題；催化劑一般選用貴金屬和金屬氧化物，貴金屬一般選用pd、au、ag、pt等，使用成本較高。金屬氧化物對甲醛的去除效果(atmosphericenvironment2002,36,5543–5547)，發現常溫下二氧化錳對甲醛有優良的去除活性。此外，隨著溫度的升高其去除甲醛的能力隨之增高。

目前，已知的可凈化空氣的電暖裝置的加熱原件多用電阻絲或碳纖維(碳晶)，但其存在能耗大，表面受熱不均勻等問題。此外，碳纖維(碳晶)負載在環氧樹脂板上，而環氧樹脂不耐高溫，存在安全隱患。專利cn201620566487.4一種智能空氣凈化裝置三合一電暖畫，其采用碳纖維發熱層，存在耗電量大及安全隱患等問題。此外其凈化層采用活性炭濾網和冷觸媒濾網復合凈化甲醛，存在結構復雜，催化劑活性失活，使用壽命短，成本高等問題，并且活性炭在加熱的條件下吸附性能反而變差，沒有能夠充分利用加熱對污染物凈化的作用。因此發明一種將加熱和污染物分解有機結合，充分利用加熱來加速污染物的釋放和催化分解，且催化壽命長的便于實際應用的具有凈化空氣功能的電暖裝置，對于經濟有效去除室內空氣中的甲醛污染具有重要的實用價值。

技術實現要素：

本發明針對室內供暖及室內甲醛污染問題，提供一種以鋼化玻璃為基板的空氣凈化材料的制備和使用方法。要解決的問題是優化電暖裝置的結構，并將分解甲醛的催化材料負載在鋼化玻璃上，保持催化材料的高催化活性并實現對室內空氣的持久、高效凈化。本發明的目的在于提供一種結構簡易、持久高效去除室內甲醛污染的電暖裝置。

本發明解決上述問題所采用的技術方案：

一種可凈化空氣的電暖裝置，其特征在于，該裝置包括框架、加熱凈化模塊、溫度控制器、電源線；所述加熱凈化模塊包括至少兩塊鋼化玻璃基板，在鋼化玻璃基板的內側至少一側負載有電熱膜層及涂覆在電熱膜層上的電極層；在鋼化玻璃基板外側至少一側負載有具有分解甲醛的活性錳納米粉體催化劑材料涂層，耐高溫的絕緣硅膠將加熱凈化模塊粘合并通過框架進一步固定，電極層上設有電源導線焊接點連接電源導線，電源導線與溫度控制器連接，溫度控制器的端部設置有電源插頭。

本發明所述的鋼化玻璃基板內側的一側表面設置有裝飾圖畫層，在裝飾圖畫層上可負載有電熱膜層及涂覆在電熱膜層上的電極層。所述電熱膜層的電熱膜是氟氧化錫、氧化銦錫透明電熱膜或其他金屬基透明電熱膜；所述電極層的電極是銀漿、鋁漿或其他導電電極。所述活性錳納米粉體是水鈉錳礦，隱鉀錳礦，軟錳礦，鋇鎂錳礦或水錳礦。所述具有分解甲醛的催化劑材料涂層負載的催化劑呈孔洞狀。

一種鋼化玻璃上負載催化劑的制備方法，其特征在于，所述的制備方法步驟如下：

(1)將鋼化玻璃進行表面處理，至水滴在其表面擴展而完全浸潤；

(2)稀釋劑稀釋膠黏劑，再將聚合物微球分散其中，攪拌混合均勻；

(3)將催化劑顆粒分散于步驟(2)漿料中，攪拌混合均勻，形成穩定的漿料；

(4)將步驟(3)的混合漿料噴涂于步驟(1)處理的鋼化玻璃上，加熱至其表面固化；

(5)將步驟(4)所得的鋼化玻璃浸泡到有機溶劑中，靜置直至聚合物微球完全溶于有機溶劑中；

(6)取出鋼化玻璃載體進行清洗，抽真空加熱干燥，獲得成品。

步驟(1)所述表面處理方式為超聲波清洗，酸性、堿性或有機溶劑清洗、低溫等離子體處理中的一種或它們的任意組合；步驟(2)所述稀釋劑為去離子水；所述膠黏劑為水性膠黏劑，包括水性硅溶膠，水性有機硅膠黏劑，丙烯酸膠黏劑它們的任意組合，膠黏劑的固含量范圍：20％-50％，兩者的配比5:1～20:1；所述的聚合物微球，包括聚苯乙烯微球，聚丙烯酸甲酯微球中的一種或它們的任意組合；聚合物微球的粒徑范圍：50～100nm，聚合物微球與催化劑的配比1:4～1:10。步驟(3)所述催化劑為活性錳納米粉末，包括水鈉錳礦，隱鉀錳礦，軟錳礦，鋇鎂錳礦，水錳礦中的一種或它們的任意組合；活性錳納米粉體粒徑范圍：

500～1000nm，催化劑與漿料的配比1:3～1:10。步驟(4)所述高溫加熱，其加熱條件為：80～150℃。步驟(5)所述有機溶劑，包括n,n-二甲基甲酰胺，乙酸乙酯中的一種或它們的任意組合；靜置時間：0.5～2h；步驟(6)所述干燥，其干燥條件為：抽真空加熱，加熱溫度為50～100℃。

本發明的優點主要體現在：

(1)結構簡單，主體由兩塊鋼化玻璃組成，組裝簡單、成本低，易于大規模生產。

(2)使用方便，室溫下可以高效分解空氣中的甲醛，且高溫下催化劑活性更高，分解甲醛的性能更強。

(3)綠色環保，在凈化過程中直接將甲醛分解為二氧化碳和水，不產生二次污染物。

(4)使用壽命長，利用該裝置的加熱功能既保持了催化材料的高催化活性，又延長了催化材料的使用壽命。

(5)凈化效率高，充分利用加熱來加速甲醛污染物釋放和催化分解，甲醛去除率大幅度提升。

附圖說明

圖1為本發明的整體示意圖；

圖2為本發明的縱剖面示意圖；

圖3為加熱凈化組件示意圖；

圖4(a)鋼化玻璃上負載的錳氧化物的低倍sem圖；(b)鋼化玻璃上負載的錳氧化物的低倍sem圖；(c)空白的鋼化玻璃的實物照片；(d)負載后鋼化玻璃的實物照片

圖5靜態試驗條件下負載活性錳納米粉末的鋼化玻璃對高濃度甲醛的分解效果以及分解甲醛時生成的二氧化碳隨時間的變化。

圖6負載錳氧化物的鋼化玻璃，在不同溫度下分解甲醛的性能對比。

1－加熱凈化模塊2－框架3－溫度控制器4－電源線5－裝飾圖畫層6－電熱膜層7－耐高溫絕緣硅膠8－鋼化玻璃9－電極層10－催化劑材料涂層11－電源導線焊接點12－電源導線13－催化劑材料

具體實施方式

下面結合附圖并通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明并不局限于以下實施例。

實施例1

本發明的一種可凈化空氣的電暖裝置，如圖1-3所示，包括框架2、加熱凈化模塊1、溫度控制器3、電源線4；加熱凈化模塊包括至少有兩塊強化玻璃基板8，在強化玻璃基板的內側至少有一側負載有電熱膜層6及涂覆在電熱膜層上的電極層9；在鋼化玻璃基板外側至少有一側負載有具有分解甲醛的(活性錳粉體)催化劑材料涂層10，耐高溫的絕緣硅膠7將加熱凈化模塊粘合并通過框架進一步固定，電極層上的設有電源導線焊接點11連接電源導線12，框架上開有供電源導線穿過的孔，電源導線與溫度控制器連接，溫度控制器的端部設置有電源插頭；為了更好地放置本發明的電暖裝置還可以設有底座或掛架。框架2采用鋁合金材料制成，在框架內部設有卡槽，固定加熱凈化模塊。

鋼化玻璃基板8，可反復承受200℃溫差變化，抗沖擊強度是普通玻璃的5倍，保證裝置使用的安全性。

負載有電熱膜的鋼化玻璃與框架間存在空隙(采用非金屬材料制成的框架不需要空隙)，如圖2所示，用于填充耐高溫絕緣硅膠，用于保證裝置使用的安全性。

強化玻璃基板內側的一側表面可以設置有裝飾圖畫層5，采用uv打印機將圖畫打印在鋼化玻璃上，用于提供裝置的美觀性。

所述電熱膜層6采用氟氧化錫電熱膜，是采用氣體壓縮式霧化器，將前驅鍍膜溶液噴涂到鋼化玻璃上，形成電熱膜，其電阻率為1×10^-4～1×10^-3ω·cm；電熱膜作為加熱元件，提供熱能并激發催化劑活性，延長催化劑壽命。

電極層9是銀漿電極，采用絲網印刷的方式涂覆在電熱膜層。

本發明催化劑材料13采用的是活性錳納米粉體，如圖4(b)所示，催化劑顆粒負載在鋼化玻璃上，通過低倍sem呈現為孔洞狀，具有大的比表面積，使其甲醛分解性能增強。

本實施例耐高溫絕緣硅膠7是rtv硅膠，其具有絕緣阻燃，耐高溫的特點。

溫度控制器3，用于控制加熱裝置的工作溫度及開關。

底座和掛架，底座和掛架用于支撐該裝置，使用時應防止裝置催化劑涂層面緊貼墻壁，以增加催化劑材料與空氣的接觸機會。

上述導電電極，耐高溫絕緣硅膠，電源導線及溫度控制器等均為采用市售產品。

實施例2

將質量為2g的按5:1混合的水溶性有機硅膠黏劑和丙烯酸樹脂用去離子水稀釋，按水：膠＝10:1的比例稀釋。然后，依次將0.5g的聚苯乙烯微球和4g的活性二氧化錳納米粉末分散其中，高速攪拌均勻，形成穩定的漿料。將上述漿料涂覆到經低溫等離子處理的鋼化玻璃(尺寸6cm*6cm)上，將上述鋼化玻璃放入120℃烘箱加熱直至漿料固化。將上述處理后的鋼化玻璃載體放入n,n-二甲基甲酰胺溶液中，放置1h后取出，用去離子水清洗。之后將鋼化玻璃放入80℃的烘箱中抽真空加熱干燥1h后得到負載活性二氧化錳的鋼化玻璃材料。

圖4(c)和4(d)為本發明鋼化負載活性二氧化錳納米粉體前后的照片，負載前鋼化玻璃透明，負載后呈褐色，說明有大量的活性二氧化錳納米粉體已經負載到了鋼化玻璃上。從圖4(a)和4(b)，可以發現鋼化玻璃表面負載了很多疏松排列的活性二氧化錳顆粒，其粒徑為500nm左右，膜厚10μm～1mm，進一步放大可發現負載在鋼化玻璃表面的活性錳顆粒呈孔洞狀。

實施例3

將質量為2g的按3:1混合的水溶性有機硅膠黏劑和丙烯酸樹脂用去離子水稀釋，按水：膠＝8:1的比例稀釋。然后，依次將0.5g的聚苯乙烯微球和3g的二氧化錳納米粉體分散其中，高速攪拌均勻，形成穩定的漿料。將上述漿料涂覆到經低溫等離子處理的鋼化玻璃(尺寸6cm*6cm)上，將上述鋼化玻璃放入200℃烘箱加熱直至漿料固化。將上述處理后的鋼化玻璃載體放入n,n-二甲基甲酰胺溶液中，放置0.5h后取出，用去離子水清洗。之后將鋼化玻璃放入100℃的烘箱中抽真空加熱干燥2h后得到負載活性二氧化錳的鋼化玻璃材料。

在室溫下，向1.5l的有機玻璃容器中注入約3微升37％甲醛溶液，使甲醛的平衡濃度達到190ppm，將凈化材料放入容器中研究甲醛減少量及二氧化碳生成量。實施例2制備的材料為例，如圖5所示，靜態實驗表明，該催化劑可以快速分解甲醛，甲醛濃度在短時間內從190ppm迅速降至50ppm，同時在有機玻璃容器中檢測到二氧化碳生成，但二氧化碳的生成時間較長。

以實施例3制備的材料為例，設定甲醛的進氣濃度為0.5mg/m3，相對濕度40％，氣流速度為1l/min，面速度為350cm/min，以上氣流連續不斷地通過凈化材料。調節加熱裝置，使樣品溫度分別保持在20℃，40℃，60℃和80℃，分別測定其對甲醛的分解性能。如圖6所示，隨著溫度的增加甲醛的去除率隨之增加，加熱到80℃時，凈化材料對甲醛的去除率高達95％，充分說明了加熱催化材料有助于提高活性錳納米粉體催化材料的催化活性，有利于高效去除室內的甲醛污染。