[发明专利]一种用于空气净化器中的压电催化膜及其制备方法

说明书

本发明属于空气净化技术领域，公开了一种用于空气净化器中的压电催化膜，包括压电聚合物和用作压电聚合物电极的碳材料，其制备方法为将聚偏氟乙烯‑六氟丙烯与碳黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或者多种混合，制备前驱溶液，通过静电纺丝或相分离喷涂法制备具有高压电相的聚偏氟乙烯‑六氟丙烯多孔薄，将其负载在商用空气净化器滤芯上，利用空气净化器中的气流扰动使得聚偏氟乙烯‑六氟丙烯多孔复合膜振动，产生压电催化功能，使其高效去除室内挥发性有机物。

技术领域

本发明属于室内空气净化领域，提供了一种用于空气净化器中的压电催化膜及其制备方法。

背景技术

室内有许多污染物，包括颗粒物、气态污染物、微生物和碳氢化合物(甲苯，二甲苯，甲醛和其他有机成分)，其中甲醛是室内空气中最普遍的污染物之一。这些污染物影响健康，甚至致癌。因此，从室内空气中去除PM，微生物和甲醛迫在眉睫。

目前，生物处理、吸附、光催化、等离子体和热催化氧化等方法已被广泛应用于处理，但存在许多限制。吸附技术受吸附剂容量的限制；光催化氧化需要额外的光源和有效的照射；等离子技术成本高；热催化氧化需要高温高压。因此，需要一种有效且低成本的方法对污染物进行处理。室内污染物的去除通常需要多层的各种空气过滤器，利用催化对室内气态污染物尤其是甲醛进行处理。

已经有许多研究利用光电催化对有机污染物进行了降解，其已被证明是一种有效的技术，但其需要额外的光源配制，和有效的光接触面积，实施条件比较复杂。另外，电化学降解去除甲醛是处理室内空空气污染物也是一个好的选择。作为一种有潜力的新技术，在过去的研究中，有机污染物的电化学氧化受到了广泛的关注。电催化最重要的部分之一是电极材料，好的电极材料不仅应能有效地进行污染降解，而且还具有电化学稳定性等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空气净化器中的压电催化膜，该膜利用空气净化器中的气流扰动，将机械能转化成电能，同时催化降解室内有机污染物，实现在无光照、无外加电源驱动条件下室内有机污染物净化。

为了实现上述的目的，本发明的技术方案为：通过添加碳材料作为电极，而多孔压电薄膜则充当自供能电源，通过压电催化降解甲醛等气体。

本发明一方面提供了一种用于空气净化器中的压电催化膜，它为电极填料均匀分散压电聚合物中形成的多孔薄膜，所述多孔薄膜通过空气流动产生振动，引发其中的压电聚合物产生压电效应，从而使电极填料富集的自由电荷在压电电场的作用下与空气中的有机污染物发生化学反应，实现有机污染物降解。

进一步的，上述压电聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯聚合物和/或聚偏氟乙烯-三氟丙烯聚合物。

更进一步的，上述电极填料为碳黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或多种的组合，其中电极填料含量占聚合物和电极填料总量的2～10wt％。

进一步的，上述电极填料的粒径50-2000nm。对于碳纳米管所指粒径范围是其长度，对于石墨烯所指粒径范围是其片层直径。

进一步的，上述多孔薄膜孔径为20-1000nm，厚度为20～200μm。

本发明同时提供了上述空气净化器中的压电催化膜的制备方法，它包括以下步骤：

S1、将电极填料和压电聚合物加入到丙酮中，在室温下使压电聚合物溶解、电极填料分散，得到混合溶液；

S2、将上述混合溶液中加入水，得到相分离喷涂液；

S3、将相分离喷涂液装入水雾喷壶中，喷洒在载体上，形成多孔膜，在室温下干燥24小时，得到压电催化膜。

进一步的，上述步骤S1中，电极填料和压电聚合物的质量比范围为：0.02-0.11，丙酮的加入量为电极填料和压电聚合物质量和的7.8-15.6倍，在室温下溶解和分散的时间为6-10小时。