空气净化炭包.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910292849.3 (22)申请日 2019.04.12 (71)申请人 深圳众清人居科技有限公司 地址 518057 广东省深圳市南山区粤海街 道高新区社区粤兴三道2号深圳虚拟 大学园院校产业化综合大楼B601 (72)发明人 赵飞赵冶蔡顺昕郭陈飞 何成龙 (74)专利代理机构 北京君泊知识产权代理有限 公司 11496 代理人 王程远 (51)Int.Cl. B01D 53/86(2006.01) B01D 53/72(2006.01) B01D 53/02(200。

2、6.01) (54)发明名称 一种空气净化炭包 (57)摘要 公开了一种空气净化炭包， 该空气净化炭包 包括活性锰层和活性炭层， 其中所述活性锰层包 裹所述活性炭层； 其中所述活性锰层是通过将锰 氧化物负载到基材上形成的； 并且所述活性炭层 由活性炭构成。 根据本发明的空气净化炭包构造 简单、 操作高效且安全， 其既能保持活性炭的吸 附效果又能有效去除空气中的甲醛。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 109893999 A 2019.06.18 CN 109893999 A 1.一种空气净化炭包， 其特征在于， 包括活性锰层(102)和活性炭层(103)， 其中， 所述活性锰层(10。

3、2)包裹所述活性炭层(103)； 其中， 所述活性锰层(103)是通过将锰氧化物负载到基材上形成的； 并且 所述活性炭层(103)由活性炭构成。 2.根据权利要求1所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述锰氧化物是水钠锰矿型锰氧 化物， 并且所述基材是过滤棉、 无纺布、 棉布和纱布中的一个。 3.根据权利要求1所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述活性锰层(102)的表面被配 置为凹凸形状， 并且在所述凹凸形状的凹部设置有孔(1011)。 4.根据权利要求1所述的空气净化炭包， 其特征在于， 还包括： 加热装置(104)， 被设置在所述活性锰层(102)和所述活性炭层(103)之间， 并且被。

4、配置 为加热所述活性锰层(103)。 5.根据权利要求4所述的空气净化炭包， 其特征在于， 在所述加热装置(104)和所述活 性炭层(103)之间设置有隔热层。 6.根据权利要求4所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述加热装置(104)是加热电阻 丝。 7.根据权利要求4所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述加热装置(104)是能够与水 进行放热反应的物质。 8.根据权利要求7所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述加热装置(104)是设置在所 述活性锰层(102)和所述活性炭层(103)之间氧化钙层。 9.根据权利要求4所述的空气净化炭包， 其特征在于， 在所述空气净化炭包的表面、 所 。

5、述活性锰层(102)与加热装置(104)之间的界面、 所述加热装置(104)与活性炭层(103)之间 的界面中的两个处分别设置有疏水层(201)和亲水层(202)， 并且疏水层(201)被设置在亲 水层(202)的外侧。 10.根据权利要求8所述的空气净化炭包， 其特征在于， 所述疏水层(201)被设置在所述 氧化钙层与所述活性锰层(102)之间， 并且所述亲水层(202)被设置在所述氧化钙层与所述 活性炭层(103)之间。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109893999 A 2 一种空气净化炭包 技术领域 0001 本发明涉及空气净化领域， 具体涉及一种空气净化炭包。 背景技术 000。

6、2 空气中合有大量颗粒物， 如灰尘、 尘埃、 烟尘、 矿尘、 砂尘、 粉末等， 过滤型纤维基材 在净化去除空气中的颗粒物方面起了不可或缺的作用， 但是在人们工作、 生活的空间中还 存在气态的、 挥发性的有机污染物， 如氮氧化物、 臭氧、 甲醛、 甲苯、 二甲苯等。 其中甲醛是一 种常见的室内空气污染物， 主要从室内的建筑材料和装饰物中释放出来， 且具有缓慢释放、 持久污染的特点。 甲醛具有刺激毒性， 是一种致癌物质， 可经由吸入及皮肤接触而影响人体 健康。 0003 当前， 已知可以通过活性炭来吸附甲醛以及诸如氨气、 臭氧之类的具有异味的气 体。 然而， 活性炭对于甲醛仅限于吸附而无法有效地去。

7、除或分解。 此外， 在低浓度的甲醛作 用下， 活性炭无法发挥其微孔结构多， 比表面积大的优点， 在50min时即达到平衡浓度， 出现 穿透失活的现象， 参见例如CN201310139928.3。 0004 此外， 虽然已经研究了锰氧化物在常温状态下对甲醛的分解作用， 但是锰氧化物 对甲醛的去除作用会随着时间或者去除量的增大而减小。 也就是说， 锰氧化物的活性会随 着使用过程的进行而降低， 从而妨碍对甲醛的持续去除效果。 特别是在对空气中的甲醛含 量敏感的空间中， 保持锰氧化物的高活性以及对甲醛的去除效果具有重要意义。 0005 鉴于此， 本发明的一个目的是提供一种既能保持活性炭的吸附效果又能有。

8、效去除 空气中的甲醛的空气净化炭包。 发明内容 0006 根据本发明的一个方面， 提供了空气净化炭包， 该空气净化炭包包括活性锰层和 活性炭层， 其中， 所述活性锰层包裹所述活性炭层； 其中， 所述活性锰层是通过将锰氧化物 负载到基材上形成的； 并且所述活性炭层由活性炭构成。 0007 优选地， 所述锰氧化物是水钠锰矿型锰氧化物， 并且所述基材是过滤棉、 无纺布、 棉布和纱布中的一个。 0008 优选地， 所述活性锰层的表面被配置为凹凸形状， 并且在所述凹凸形状的凹部设 置有孔。 0009 优选地， 所述空气净化炭包还包括： 加热装置， 被设置在所述活性锰层和所述活性 炭层之间， 并且被配置为。

9、加热所述活性锰层。 0010 优选地， 在所述加热装置和所述活性炭层之间设置有隔热层。 0011 优选地， 所述加热装置是加热电阻丝。 0012 优选地， 所述加热装置是能够与水进行放热反应的物质。 0013 优选地， 所述加热装置是设置在所述活性锰层和所述活性炭层之间氧化钙层。 0014 优选地， 在所述空气净化炭包的表面、 所述活性锰层与加热装置之间的界面、 所述 说明书 1/6 页 3 CN 109893999 A 3 加热装置与活性炭层之间的界面中的两个处分别设置有疏水层和亲水层， 并且疏水层被设 置在亲水层的外侧。 0015 优选地， 所述疏水层被设置在所述氧化钙层与所述活性锰层之间。

10、， 并且所述亲水 层被设置在所述氧化钙层与所述活性炭层之间。 0016 根据本发明的空气净化炭包构造简单、 操作高效且安全， 其既能保持活性炭的吸 附效果又能有效去除空气中的甲醛。 0017 参考附图， 根据以下对示例性实施例的描述， 本发明的其它特征将变得清楚。 附图说明 0018 图1为根据本发明第一实施例的空气净化炭包的结构示意图； 0019 图2为根据本发明第一实施例的空气净化炭包的外形结构的示意图； 0020 图3为根据本发明第一实施例的作为加热装置的电阻丝的布置示意图； 0021 图4为根据本发明第二实施例的空气净化炭包的结构示意图， 其中设置有亲水层 和疏水层； 以及 0022 。

11、图5为根据本发明第三实施例的空气净化炭包的结构示意图， 其中通过化学反应 释放的热量加热活性锰层。 具体实施方式 0023 本发明提供了一种既能保持活性炭的吸附效果又能有效去除空气中的甲醛的空 气净化炭包。 0024 以下， 参考附图描述本发明的示例性实施例， 但是应当理解， 以下的实施例仅仅是 示例性的， 并且不是要将本发明限制到这些实施例。 此外， 实施例中描述的构成要素的尺 寸、 材料、 形状、 它们的相对布置等可以根据应用本发明的装置的配置、 各种条件等适当地 改变。 因此， 实施例中描述的构成要素的尺寸、 材料、 形状、 它们的相对布置等并不意图将本 发明的范围限制到以下实施例 00。

12、25 第一实施例 0026 首先， 参考图1， 描述根据本发明第一实施例的空气净化炭包的整体配置。 其中， 图 1示出了根据本发明第一实施例的空气净化炭包的截面图。 0027 如图1所示， 根据本发明的空气净化炭包被设计为密封袋的形式， 并且包括包覆层 101、 活性锰层102、 活性炭层103和加热装置104。 空气净化炭包例如可以被配置为圆形、 方 形、 矩形或者其它合适的形状。 0028 包覆层101为空气净化炭包的最外层， 其例如可以由聚酯纤维、 棉布等材料制成， 起到对内部包覆的活性锰、 活性炭等填充材料进行吸附固定的作用。 此外， 为了便于空气中 诸如甲醛、 臭氧、 氨气等污染物进。

13、入到碳包内部以与内部的填充材料发生物理和/或化学反 应， 优选地， 形成包覆层101的材料具有较大的孔隙率。 可替代地， 为了进一步增大空气与内 部填充材料的接触面积， 可以在包覆层101上开孔1011， 以使得空气与内部填充材料充分接 触。 0029 孔1011可以被设置成各种大小， 以所包覆活性锰不会通过孔1011泄露为限。 此外， 孔1011可以被设置成各种形式和/或布置成各种图案。 说明书 2/6 页 4 CN 109893999 A 4 0030 活性锰层102被设置在包覆层101的内侧， 并且被配置为主要吸附和分解空气中的 甲醛。 活性锰层102的材料例如可以是锰氧化物、 铈氧化物。

14、、 锰氧化物和铈氧化物的混合物 等等。 0031 在活性锰层102由锰氧化物和铈氧化物的混合物构成的情况下， 通过高锰酸盐与 硝酸铈反应生成二氧化锰和二氧化铈， 高锰酸盐可以为高锰酸钠、 高锰酸钾和高锰酸铵中 的一种或它们的任意组合。 0032 根据一个实施例， 在锰氧化物与铈氧化物的质量比在10 1-10 5的范围内的条件 下， 检查对甲醛分解效果。 具体地， 准备3个3.5L的玻璃瓶， 在三个玻璃瓶钟中分别悬挂三块 聚酯纤维， 三块聚酯纤维上的二氧化锰和二氧化铈的比例依次为： 10 1、 10 2以及10 5， 然 后在空白的过滤棉上喷洒甲醛溶液， 定时从玻璃瓶中取出1-2ml的气体， 采。

15、用酚试剂法测定 玻璃瓶中的甲醛浓度随时间的变化， 结果得出， 二氧化锰和二氧化铈的比例越大， 分解甲醛 的效率越高。 因此， 优选地， 锰氧化物与铈氧化物的质量比为10 1。 0033 根据一个实施例， 锰氧化物例如可以是水钠锰矿型锰氧化物， 其制备方法在申请 号为201310139928.3和201410455990.8的中国发明专利申请中有具体描述， 这二者的全部 内容通过引用结合于此。 0034 此外， 活性锰层102的材料不限于此， 并且可以是其它能够分解甲醛的材料。 以下， 以锰氧化物为例作为根据本发明的活性锰层102的材料进行描述。 0035 需要注意的是， 虽然在以上描述中， 将。

16、包覆层101和活性锰层102描述为单独的层， 但是包覆层101和活性锰层102可以被配置为单层结构105。 例如， 当锰氧化物被固定或负载 在诸如棉布、 聚酯纤维等基材上时， 所形成的负载有锰氧化物的基材(例如棉布)可以被视 为单层结构105。 在这种情况下， 所形成的单层结构105具有包覆层101和活性锰层102二者 的功能。 具体地， 所述单层结构105一方面包覆内部的活性炭， 另一方面其中的锰氧化物可 以分解空气中的甲醛。 0036 此外， 在包覆层101和活性锰层102被配置为单层结构105的情况下， 为了增大与空 气的接触面积， 单层结构105可以如图2所示的被设置为具有凹凸形状10。

17、6的结构。 具体地， 所述凹凸形状106可以是形成在单层结构105的表面上的凸起和凹槽。 为了进一步地增大所 包覆的活性炭与空气的接触面积， 可以在单层结构105上设置孔1011。 优选地， 孔1011被设 置在所述凹凸形状的凹部内， 如此， 可以在增大活性炭与空气的接触面积的同时减少活性 炭从单层结构105的泄露。 这是因为当活性炭被包覆在单层结构105内时， 活性炭更倾向于 停留在低的位置处， 也就是单层结构105表面上的凸起所形成的内部空间中。 0037 活性炭层103是在活性锰层102的内侧的层， 并且由活性炭颗粒构成。 活性炭层103 主要用于吸附空气中的臭氧、 苯、 二甲苯、 氨气。

18、等具有异味的气体。 活性炭的示例包括煤质 炭、 椰维炭， 椰维炭是以椰壳为原料， 经高温活化、 碳化处理， 同时负载光触媒、 碳纤维而成 的 一 种 活 性 炭 。 活 性 炭 颗 粒 可 以 是 通 用 活 性 炭 ， 也 可 以 是 如 中 国 发 明 专 利 CN201410618037.0中所公开的活性炭， 该专利的全部内容通过引用结合于此。 可以理解的 是， 活性炭可以是任何类型的活性炭， 并且可以是现有或待开发的活性炭。 0038 通常， 高浓度的甲醛会在锰氧化物催化剂表面生成甲酸盐或碳酸盐等中间产物， 而过多的中间产物积累会使催化剂失活。 在本示例性实施例中， 通过设置加热装置1。

19、04对活 性锰层102进行加热， 以将所生成的中间产物分解为二氧化碳， 从而使锰氧化物恢复活性。 说明书 3/6 页 5 CN 109893999 A 5 0039 具体地， 可以在活性锰层102和活性炭层103之间设置加热装置104。 加热装置104 可以被设置为层状， 以对活性锰层102进行均匀加热。 可替代地， 加热装置104可以被设置在 活性锰层2中， 以实现对活性锰层102内部进行加热。 0040 如图3所示， 根据一个实施例， 加热装置可以是电阻丝， 电阻丝可以被设置为弓形 形式以实现对活性锰102的均匀加热。 根据另一个实施例， 电阻丝可以被设置成并联连接的 形式， 以防止在单个。

20、电流流动路径由于故障等而断路的情况下， 其它电流路径仍然能够提 供对活性锰层102加热的效果。 具体地， 如图3所示， 可以在电极8之间设置多个并联连接的 电流流动路径9。 0041 在利用电阻丝来配置加热装置104的情况下， 可以在空气净化炭包的周边设置可 拆卸和/或可充电电池， 以向电阻丝供给电力。 电池例如可以是普通干电池、 锂电池， 等等。 此外， 代替可拆卸和/或可充电电池， 可以在本发明的空气净化炭包周边设置太阳能板， 以 利用太阳能向加热装置104供给电力。 0042 在通过加热装置104对活性锰层102进行加热的情况下， 为了节省电力和保证活性 锰层102对甲醛的分解效果， 可。

21、以设置加热装置104的激活时间。 0043 例如， 根据一个实施例， 加热装置104包括加热装置激活时间控制器， 加热装置激 活时间控制器例如可以被设置为每隔预定时间(例如， 24小时， 48小时， 一周等等)自动激活 加热装置， 以对活性锰层102进行加热。 0044 根据另一个实施例， 加热装置激活时间控制器可以被配置为在特定时间自动激活 加热装置， 例如每天凌晨1点或2点， 如此， 可以在最小化对人的活动的影响的情况下使活性 锰层102恢复活性， 因为此时人最可能处于睡眠状态或者不处于设置碳包的空间中， 而且可 以在即将到来的白天使得空间中的甲醛浓度降到较低的水平。 0045 根据又一个。

22、实施例， 可以为空气净化炭包设置活性锰活性检测器， 其检测活性锰 的活性， 以在活性锰的活性低于预定值时自动激活加热装置104。 活性锰活性检测器的示例 例如可以是甲酸盐或碳酸盐浓度传感器， 并且当甲酸盐或碳酸盐浓度传感器所检测到的浓 度值大于预定值时， 自动激活加热装置104。 0046 可替代地， 可以直接设置甲醛浓度检测器， 当甲醛浓度检测器的测量值高于预定 值或者递增达预定时间时， 可以自动激活加热装置104。 0047 此外， 为了减小加热装置104所生成的热对内部活性炭的影响， 优选地， 在活性炭 层103与加热装置104之间设置未示出的隔热层。 在图1中， 隔热层例如可以是活性炭。

23、层103 与加热装置104之间的部分。 隔热层例如可以由聚氨酯硬质泡沫材料制成。 此外， 为了便于 空气与活性炭接触， 可以在隔热层上设置孔， 孔的位置例如可以被设置在加热电阻丝之间， 以防止加热电阻丝与活性炭直接接触。 0048 此外， 还可以在加热装置104与活性锰层102之间设置其它功能的层， 例如防止粉 末状锰氧化物进入活性炭层103的隔离层， 如加热装置104与活性锰层102之间的部分所示 的。 0049 虽然在以上的示例性实施例中， 以在空气净化炭包中设置能够使锰氧化物恢复活 性的加热装置104为例进行了描述， 但是加热装置104不是必须的。 也就是说， 根据本发明的 空气净化炭包。

24、可以是活性锰层2包裹活性炭层3的形式。 如此获得的空气净化炭包可以通过 外层的锰氧化物分解空气中的甲醛气体， 从而防止了甲醛造成的活性炭的活性下降， 增强 说明书 4/6 页 6 CN 109893999 A 6 活性炭的使用寿命， 而且可以通过内部的活性炭层103吸附臭氧、 氨气等具有异味的气体， 从而实现了在保持活性炭的吸附活性的条件下， 在去除臭氧、 氨气等具有异味的气体的同 时高效地分解空气中的甲醛的效果。 0050 第二实施例 0051 以下， 将主要描述与第一示例性实施例的空气净化炭包的不同之处， 并省略与第 一示例性实施例的空气净化炭包的相同部分的冗余描述。 0052 一般而言，。

25、 活性炭可以净化空气是因为活性炭内部具有发达的空隙结构和丰富的 微孔组织， 这些微孔组织产生吸附力场， 当空气中的有毒有害气体与活性炭接触时， 活性炭 微孔的吸附力场将有毒有害气体的分子吸附到微孔内， 从而实现吸附有毒有害气体的效 果。 0053 然而， 当空气中的湿度过大或者在活性炭长期使用之后， 空气中的水分与活性炭 接触， 造成微孔组织被水分占据， 从而降低了活性炭的有效孔隙率和比表面积， 进而影响活 性炭的吸附效果。 0054 鉴于此， 根据本示例性实施例的空气净化炭包还设置有亲水层202和疏水层201结 构。 图4示出了根据本示例性实施例的亲水层202和疏水层201的布置。 疏水层2。

26、01例如可以 由氟/硅材料、 合成高分子熔体聚合物(如聚烯烃、 聚碳酸酯、 聚酰胺、 聚丙烯腈、 聚酯、 不合 氟的丙烯酸酯、 熔融石蜡)等材料制成。 亲水层202例如可以是亲水绵、 亲水性纤维、 亲水皮 革等等。 0055 具体而言， 在根据本示例性实施例的空气净化炭包中， 疏水层201和亲水层202被 从外到内依次设置， 也就是说， 在根据本示例性实施例的空气净化炭包中， 疏水层201被设 置在亲水层202的外侧， 也即， 当空气中的水分要与内层的活性炭接触时， 首先通过疏水层 201， 之后再通过亲水层202。 0056 根据一个实施例， 疏水层201可以被设置在最外层， 以防止空气中的。

27、水分进入空气 净化炭包以与活性锰层102和活性炭层103接触。 在这种情况下， 亲水层202可以被设置在活 性炭层103的外部并与活性炭层103接触。 如此， 一方面， 在外层的疏水层201可以防止空气 中的水分进入空气净化炭包， 从而堵塞活性炭的微孔结构使得活性炭的活性降低， 另一方 面， 内部的亲水层可以吸附活性炭中的水分， 进一步防止了水分堵塞活性炭层103中的活性 炭的微孔结构， 从而延长了活性炭的使用寿命。 0057 在活性锰层102和活性炭层103之间设置作为加热装置104的电阻丝的情况下， 亲 水层202可以被设置在活性锰层102的内部并与活性锰层102接触， 但是， 这种方案不。

28、是优选 的， 因为亲水层上吸附的水分可能导致加热装置的电阻丝短路。 0058 根据另一个实施例， 疏水层201可以被设置在活性锰层102的内部并且与活性锰层 102接触， 而亲水层202可以被设置在活性炭层103的外部并且与活性炭层103接触。 这种布 置对于作为加热装置104的电阻丝被设置在活性锰层102和活性炭层103之间的情况是特别 有用的， 这是因为活性锰层102在分解甲醛的过程中会生成水和二氧化碳， 如果所生成的水 与电阻丝直接接触， 可能导致电阻丝的短路。 而如此设置的疏水层201和亲水层202结构不 仅可以防止外部的水分与电阻丝接触， 而且可以通过亲水层202吸附电阻丝和活性炭层。

29、103 中的水分， 从而进一步延长空气净化炭包的使用寿命并提高使用的安全性。 0059 第三实施例 说明书 5/6 页 7 CN 109893999 A 7 0060 以下， 将主要描述与第一和第二示例性实施例的空气净化炭包的不同之处， 并省 略与第一和第二示例性实施例的空气净化炭包的相同部分的冗余描述。 0061 在以上第二示例性实施例中， 描述了在作为加热装置104的电阻丝的两侧(内侧和 外侧)分别设置亲水层202和疏水层201的结构。 在本示例性实施例中， 代替加热电阻丝， 在 亲水层202和疏水层201之间设置氧化钙层203作为加热装置。 在这种情况下， 可以在疏水层 201上设置孔，。

30、 以使得活性锰层102分解甲醛所生成的水通过孔与氧化钙层203接触。 这种设 置对于所生成的水与氧化钙层203接触是特别有利的， 这是因为水分在疏水层201上形成大 的接触角而成水滴状， 并且倾向于不附着到疏水层201的表面， 从而可以随着疏水层201上 设置的孔与进入氧化钙层203。 水可以和氧化钙层203中的氧化钙发生如下反应： 0062 CaO+H2O(CaOH)2 0063 由于该反应是放热反应， 所释放的热量可以提高作为催化剂的锰氧化物的催化活 性， 如此通过提高反应温度来促进甲醛的分解， 此外， 通过对活性锰层102进行加热， 使得能 够恢复锰氧化物的活性。 也就是说， 通过该放热。

31、反应， 不仅通过提高反应温度提高了甲醛的 分解效率而且通过加热分解所生成的中间产物提高了催化剂的催化活性。 0064 根据该实施例的空气净化炭包可以在提高反应温度的同时实时地对活性锰层102 进行加热， 这一方面可以增强锰氧化物对甲醛的分解效果， 另一方面又保证了活性锰层102 的活性。 具体地， 当在锰氧化物的催化作用下， 甲醛被分解的过程中生成的水可以与氧化钙 发生反应， 所生成的热使得分解甲醛的温度条件升高， 从而提高了锰氧化物的催化活性， 提 高了对甲醛的分解效果。 此外， 所生成的热可以促进甲酸盐或碳酸盐等中间产物的分解， 从 而保持锰氧化物的催化活性。 0065 此外， 可以在碳包。

32、上设置可封闭开口， 以便于氧化钙的更换。 0066 在以上描述中， 以氧化钙与水的放热反应为例描述了加热装置， 但是与水进行放 热反应的原料不限于此， 只要该原料与水反应能够产生足够的热即可。 0067 此外， 虽然在以上的描述中， 以单层活性锰层102和单层活性炭层103的层叠结构 为例描述了根据本发明的空气净化炭包， 但是本发明不限于此。 例如， 根据本发明的空气净 化炭包可以包括两个或更多个单层活性锰层和单层活性炭层的层叠结构。 0068 尽管已经参考示例性实施例描述了本发明， 但是应该理解， 本发明不限于所公开 的示例性实施例。 所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释， 以包含所有这些修改以及 等同的结构和功能。 说明书 6/6 页 8 CN 109893999 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 109893999 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 109893999 A 10 图5 说明书附图 3/3 页 11 CN 109893999 A 11 。