一種空氣凈化器用催化劑顆粒及其逐層包覆成型方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于空氣凈化用催化劑生產領域，更具體的是，涉及一種空氣凈化器用催 化劑顆粒及其逐層包覆成型方法。
【背景技術】
[0002] 納米級金屬氧化物催化材料由于具有優良的催化性能，廣泛應用于催化領域，尤 其是應用于常溫下催化分解室內揮發性有害氣體，如甲醛、苯、二甲醛等。在實際應用中，對 催化劑的應用性能造成影響的因素包括催化劑自身結果性能和載體的物化指標（包括比 表面積、孔徑、孔容、強度和表面性能等），催化劑的劑型對其應用性能（如風阻、壓降等）也 有著明顯的影響。
[0003] 在這個常溫自發的催化反應中，是催化劑固體和空氣中有害氣體的反應，所以接 觸面積對該催化反應的效果影響很大。催化劑的比表面積越大，與空氣的接觸面積就越大， 催化反應的效率就越高，其催化活性也就越強，比表面積由催化劑顆粒的成型工藝直接關 聯。另外，由于催化劑材料通常安置于空氣凈化器的濾芯中，為了便于使用且避免產生粉 塵，成型操作通常也是必須的步驟。由于催化劑成型方法和工藝差異，所制得的催化劑的比 表面積、顆粒強度和表面結構也會有著差異，這些差異會顯著影響催化劑的催化效果。由 于球形顆粒規整、風阻小且分布均勻、機械強度高且裝/卸容易，所以球形是成型工藝最方 便、應用最廣泛的一種顆粒形貌。
[0004] 由于空氣凈化器是在室內長期使用的產品，所以要求催化劑顆粒不易霉變、不會 產生異味，很多種粘結劑都是有機物，室溫放置時間長了易霉變和揮發出異味，故不適合添 加到空氣凈化器用的催化劑顆粒中。在催化劑顆粒的使用過程中，不能完全排除偶爾會出 現的少量掉粉的情況，粉末萬一隨風溢出進入人體則可能會影響人體的健康，所以在成型 過程中對催化劑做好安全保護措施也很重要。在催化劑顆粒的使用過程中，由于工藝和濾 網容器的限制，要求催化劑顆粒大小均勻，所以在成型工藝中，對顆粒粒度的控制也很重 要。在轉動成型工藝中，物料的添加速率直接影響到顆粒的粒度和均一度，目前采用的人工 經驗判斷加料方法難以精準控制顆粒的粒度和均一度。在顆粒處理的過程中還需要干燥和 拋光，工序復雜成本也較高。
[0005] CN 103041869公開了一種球形催化劑載體的制備方法，該方法是采用球形整粒法 制備的，通過向氧化鋁前身物中加入雙子表面活性劑的方式，改善了氧化鋁載體表面的物 理性質，調節了載體成型過程中物料的粘連性、流變性，降低了載體成型后的塑變性，大幅 度提高了球形載體的收率，改善了球形載體的強度，提高了球形載體完整顆粒的比例。但 是無法精準控制顆粒中各種物料的配比及顆粒的顆粒度。CN 104276806公開了一種球形 氫氧化鈣及其制備方法。它是以粉狀氫氧化鈣和粘土礦物為主要原料，按照粉狀氫氧化鈣 35-95%，粘土礦物5-65%的配比（重量百分比）進行配料混合，用清水或濃度為0-10 %羧 甲基纖維素鈉（CMC)的水溶液作助劑，在球形造粒機內成型，經過兩層篩子篩選出具有一 定粒度范圍的球形顆粒，進一步通過干燥、焙燒和包裝過程，得到球形氫氧化鈣。但是這種 方法操作難以實現精準的自動化控制。
【發明內容】
[0006] 基于上述所提到的問題，本發明的目的在于提供一種空氣凈化器用催化劑顆粒及 其逐層包覆成型方法。本發明制備出的球形催化劑顆粒具有催化效率高、不易變質、粒度均 勻、安全健康的特點。在顆粒成型的過程中，采用逐層包覆的工藝得到核殼結構，選用粘土 礦物材料作為內核，活性炭等安全無害的無機多孔材料作為骨架材料，采用不易變質的無 機粘結劑，得到了粒度均勻、有高催化活性且在室溫下長期放置不易變質不會霉變的球形 催化劑顆粒。顆粒成型方法采用自動控制物料添加速率，保證了顆粒結構的均一性。
[0007] 本發明所述的催化劑顆粒，其特征在于，催化劑顆粒由內至外依次包括內核、催化 劑層、多孔骨架材料層，所述催化劑層包覆在內核外表面，并且所述多孔骨架材料層包覆在 催化劑層外表面；所述催化劑層包括催化劑和粘結劑，并且所述多孔骨架材料層包括多孔 骨架材料和粘結劑。
[0008] 優選的是，所述內核為粘土礦物顆粒。進一步優選的是，所述粘土礦物為鎂硅酸鹽 粘土礦物。更進一步優選的是，所述粘土礦物為娃藻土、海泡石中的任一種。
[0009] 優選的是，所述催化劑為金屬氧化物催化材料。
[0010] 優選的是，所述多孔骨架材料為無機多孔材料。進一步優選的是，所述多孔骨架材 料為活性炭、二氧化硅細粉、硅藻泥中的任一種。
[0011] 優選的是，所述催化劑層或多孔骨架材料層中的粘結劑為無機粘結劑。進一步優 選的是，所述粘結劑為硅溶膠、水玻璃、鋁溶膠、羧甲基纖維素鈉（CMC)中的任一種。
[0012] 優選的是，所述催化劑材料、多孔骨架材料、粘結劑、內核材料用量的質量百分比 分別為：催化劑15-30%、多孔骨架材料55-70%、粘結劑2-15%、內核3-10%。
[0013] 優選的是，所述催化劑顆粒的直徑為2-3mm。
[0014] 優選的是，所述內核的直徑為0. 4-0. 6_，內核外面包覆催化劑層后二者的直徑為 0. 8-1. 5mm〇
[0015] 為了制成上述催化劑顆粒，本發明進而提供了一種用于形成催化劑顆粒的逐層包 覆成型方法，其特征在于，包括：粘土礦物成核前處理工藝，轉動制粒工藝、球形顆粒干燥拋 光工藝；其中，
[0016] 在粘土礦物成核前處理工藝中，在內核材料中加水混合，篩分獲得內核顆粒；
[0017] 在轉動制粒工藝中，轉動所述內核顆粒并且間歇性地向其噴灑催化劑和粘結劑， 使得所述內核顆粒外表面包覆均勻的催化劑層；然后，選取粒度符合要求的包覆了催化劑 層的顆粒，使其轉動并且間歇性地向其噴灑多孔骨架材料和粘結劑，使得其外表面包覆均 勻的多孔骨架材料層；選取粒度符合要求的包覆了多孔骨架材料層的顆粒；
[0018] 在球形顆粒干燥拋光工藝中，對所選取的包覆了多孔骨架材料層的顆粒，進行干 燥并同時實現表面拋光的處理。
[0019] 優選的是，在上述方法中，所述內核材料為粘土礦物。進一步優選的是，所述粘土 礦物為鎂硅酸鹽粘土礦物。更進一步優選的是，所述粘土礦物為硅藻土、海泡石中的任一 種。
[0020] 優選的是，在上述方法中，所述催化劑為金屬氧化物催化材料粉末。
[0021] 優選的是，在上述方法中，所述多孔骨架材料為無機多孔材料粉末。進一步優選的 是，所述多孔骨架材料粉末為活性炭、二氧化硅細粉、硅藻泥中的任一種。
[0022] 優選的是，在上述方法中，形成所述催化劑層或多孔骨架材料層過程中使用的粘 結劑為無機粘結劑。進一步優選的是，所述粘結劑為硅溶膠、水玻璃、鋁溶膠、羧甲基纖維素 鈉（CMC)中的任一種。
[0023] 優選的是，在上述方法中，催化劑、多孔骨架材料、粘結劑、內核材料用量的質量百 分比分別為：催化劑15-30 %、多孔骨架材料55-70 %、粘結劑2-15 %、內核材料3-10 %。
[0024] 優選的是，在粘土礦物成核前處理工藝中，篩分獲得的內核顆粒的粒徑為 0. 4-〇. 6mm〇
[0025] 優選的是，在粘土礦物成核前處理工藝中，內核材料與水的質量比為1 : 1。
[0026] 優選的是，在轉動制粒工藝中，向所述內核顆粒交替地噴灑催化劑和粘結劑，以及 向所述包覆了催化劑層的顆粒交替地噴灑多孔骨架材料和粘結劑。
[0027] 優選的是，在轉動制粒工藝中，所述粒度符合要求的包覆了催化劑層的顆粒的粒 徑為 0. 8-1. 5mm。
[0028] 優選的是，在轉動制粒工藝中，所述粒度符合要求的包覆了多孔骨架材料層的顆 粒的粒徑為2_3mm。
[0029] 優選的是，在所述轉動制粒工藝中，所述粘結劑的質量溶度為20%。
[0030] 優選的是，在球形顆粒干燥拋光工藝中，干燥溫度為90-200 °C，干燥時間為 5-30h〇
[0031] 優選的是，在所述轉動制粒工藝中，將所述內核顆粒放入糖衣機進行轉動并且噴 灑所述催化劑和粘結劑；檢測顆粒粒度并篩選出粒度符合要求的包覆了催化劑層的顆粒； 將篩選出的包覆了催化劑層的顆