[发明专利]光催化空气净化和灭菌纤维及制造方法和应用、光催化空气净化和灭菌过滤器及制造方法

说明书

本发明公开了一种光催化空气净化和灭菌纤维及制造方法和应用、光催化空气净化和灭菌过滤器及制造方法，光催化空气净化和灭菌过滤器，包括过滤层，所述过滤层为由纤维丝构成的纤维毡、无纺布或纺织布，其特征在于，还包括形成在所述纤维丝表面的涂层，所述涂层包括能够杀菌消毒的有机化合物和分散在所述有机化合物中的可见光光催化剂颗粒。本发明的过滤器能够集杀菌消毒、净化氮氧化物、甲醛等有毒气体、自清洁以及拦截颗粒污染物等多种净化功能于一体，避免使用活性碳过滤层和紫外线处理技术，成本低，且安全性高。

技术领域

本发明涉及空气净化技术领域，更具体地，涉及一种光催化空气净化和灭菌纤维及制造方法和应用、光催化空气净化和灭菌过滤器及制造方法。

背景技术

空气污染已成为全球面临的严重问题，空气中的主要污染物包括颗粒污染和有毒气体污染(例如，碳氧化合物(CO、CO₂)、臭氧、氮氧化物(NO、NO₂)、挥发性有机化合物(VOCs)、硫衍生物等)。

氮氧化物有毒气体可以来自于工厂尾气排放、车辆尾气排放、燃气灶燃烧排放、取暖器释放等，氮氧化物有毒气体不仅是室外的主要空气污染物之一，同时也成为影响室内空气的主要污染物之一。最近的科学证据表明，氮氧化物从多个方面直接影响健康。首先，氮氧化物在阳光下能与挥发性有机化合物(VOCs) 发生反应，形成臭氧，众所周知，臭氧能引起呼吸系统问题以及生态问题。然后，氮氧化物能和其他气体污染物(特别是硫衍生物)在空气中发生反应，形成酸雨，氮氧化物沉积在地上会影响自然氮循环，例如，氮氧化物会促进某些藻类的生长，从而显著影响水中营养物质的平衡，逐步破坏生态系统。更为严重的还有，氮氧化物能和颗粒物形成污染性雾霾，严重的影响人类健康。因此，氮氧化物是空气污染的物质之一，对我们的健康和环境构成高威胁。

在严重污染的地区或特殊的卫生紧急情况下，如Sars-Cov-2病毒引起的情况下，保护室外的人是通过使用口罩来实现的，而在室内(例如，住宅、医院、办公室、飞机、火车、公共汽车、电影院、购物中心等)空气净化的主要方式是通过一种空气净化系统或空气净化装置实现，空气净化装置/系统包括过滤器等部件。一般而言，在空气净化器中的过滤器可以是不同的、串联的，包括预处理过滤层、活性炭过滤层、紫外线处理系统和HEPA过滤层中的一个或多个。

预处理过滤层，几乎存在于所有的空调机组和空气净化装置中，它是一种金属或塑料细格栅，用来阻挡空气中的大尘埃颗粒、毛发、花粉等，是空气进入净化器/空调遇到的第一道屏障，它还能保护其余的过滤层并保持它们的清洁。

活性碳过滤层，是由细小颗粒状活性碳构成，活性碳具有大的比表面积，吸附性能强，能够吸附空气中的有毒有机气体(例如，多环芳烃(苯并芘)、烟草特有的亚硝胺、醛类(丙烯醛、甲醛)、氰化氢、苯、甲苯、酚类(苯酚、甲酚)、芳香胺(包括尼古丁)和哈玛拉生物碱等)，但不能有效处理无机化合物(例如氮氧化物)、细颗粒污染物和病原体。活性碳过滤层经常和HEPA过滤层组合使用，但是仍不能处理无机化合物(例如氮氧化物)。

此外，由于使碳过滤器有效吸附有毒气体所需的活性炭量通常非常高，因此其成本也很高。另一方面，如果空气过滤器中只有微量活性炭，则过滤器将不起作用，因为颗粒表面的吸附位置将很快饱和，使过滤器的寿命非常短。总的来说，它们需要经常更换。

紫外线处理技术，通常不单独使用，需要与其他过滤层一起使用。紫外线主要用于去除细菌和病毒等病原体。然而，众所周知，紫外线辐射会导致所有聚合物组分的早期老化，并且对人体有害。因此，紫外线技术应用在空气净化装置内时，会降低材料的使用寿命，所以增加设备的设计难度以屏蔽辐射，导致结构复杂，成本较高，能耗较大。

静电空气净化器/装置在空气净化效果方面与HEPA过滤器非常相似。这些设备没有传统的空气过滤器，因为它们使用电荷来捕捉通过空气净化器设备的颗粒。这些带电粒子粘在净化器/设备的侧面，因此只有干净的空气通过。主要缺点是它们主要能收集细小颗粒。