專利名稱：應(yīng)用碳納米管的過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于空調(diào)器的過濾器，尤其涉及一種具有碳納米管的過濾器，其中每個碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
背景技術(shù)：
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，通常人至少有80％的時間是在室內(nèi)。但是，由于室內(nèi)的空氣受到煙草的煙塵、難聞的臭味、細菌或者其它有害物質(zhì)的污染，因而對人體產(chǎn)生不利的影響。所以要求凈化室內(nèi)空氣的呼聲越來越高，并且關(guān)于凈化的研究也日益深入。
通常，將空調(diào)器或空氣凈化器設(shè)置在室內(nèi)，以凈化室內(nèi)空氣。在空調(diào)器內(nèi)主要安裝了用于吸取和收集室內(nèi)灰塵的集塵過濾器。
圖1為具有集塵過濾器和除臭過濾器的習(xí)用空調(diào)器。如圖1所示，過濾器的作用在于吸收和濾除灰塵和NH3、HCL、HF、有機氣體、NOx或SOx等化學(xué)污染物。
習(xí)用的除臭過濾器包括活性碳、碳纖維或離子交換樹脂，并且并且根據(jù)所需目的按化學(xué)配方制備。
但是，除臭過濾器的吸附性能與過濾器的表面積成比例，其中市售的活性碳、碳纖維或離子交換樹脂的最大表面積僅為103m2/g。
為了使最大表面積為103m2/g的活性碳在濃度為10PPb和風(fēng)速為0.3m/s的條件下能夠去除NH3氣體，含有活性碳的過濾器的厚度應(yīng)該為100mm。另外，在與活性碳相同的條件下，要求碳纖維或離子交換樹脂的過濾器厚度為150mm。因此，所述空調(diào)器的缺點在于其占用的室內(nèi)空間非常大。
另外，活性碳的作用在于利用它的物理吸收性能去除空氣中的臭味。但是，在吸收達到預(yù)定量或大于預(yù)定量以后，活性碳過濾器不再能繼續(xù)吸收，導(dǎo)致循環(huán)空氣中的臭味未被除掉。
在習(xí)用空調(diào)器中，由于集塵過濾器和除臭過濾器分開安裝，因而需花費雙倍的安裝費用。另外，還難以對過濾器進行維護和使用。
在諸如由工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生的各種有機物質(zhì)或新建筑物裝修期間空氣環(huán)境惡劣的情況下，采用簡單的過濾器不能去除難聞的臭味，因而將帶來嚴重的問題。當(dāng)人門聞到難聞的氣味或VOC(揮發(fā)性有機化合物芳香化合物、乙醇、烴、有機酸、酮、醛等)時，將會出現(xiàn)頭疼和中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂等癥狀。
還有，當(dāng)氣味散發(fā)到大氣中時，氣味的成分和空氣中的氮氧化物通過光致氧化作用反應(yīng)產(chǎn)生臭氧(O3)，從而導(dǎo)致空氣被污染。
因此，通過焚燒(加熱和催化)、回收有機溶劑的吸附、吸收、凝聚等處理除去VOC。另外還使用諸如薄膜分離、紫外線氧化或電暈放電技術(shù)等新型處理技術(shù)。但是，考慮到成本、體積和管理等問題，上述處理技術(shù)很難應(yīng)用于家用空調(diào)器。
因此，在住宅中利用排風(fēng)機和排風(fēng)罩以及活性碳吸附技術(shù)和吸收方案等可部分地去除VOC。目前廣泛使用具有吸附功能的過濾器。
雖然使用吸附過濾器可以有效地去除低濃度的VOC，但是卻無法去除高濃度的VOC。所以這種過濾器的缺點在于其使用壽命短，必須頻繁更換并且使用成本也非常高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明一方面提出一種適用于空調(diào)器的包括碳納米管的過濾器，其中每個碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
本發(fā)明另一方面提出了一種適用于空調(diào)器的過濾器，包括聚合物和分布在聚合物內(nèi)的碳納米管，其中每個碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點部分將由下述說明中得出，或部分根據(jù)說明是顯而易見的，或部分可在實施本發(fā)明的過程中了解到。
本發(fā)明上述方面和其它方面的實現(xiàn)方案是一種用于空調(diào)器的包括碳納米管的過濾器，其中碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
金屬顆粒優(yōu)選具有殺菌消毒、去除空氣中的臭味、去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物等作用，或者同時具有所述作用的組合。
所述金屬顆粒選自由銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈀(Pd)、銠(Rh)和鉻(Cr)組成的金屬組，用于對流入的空氣進行殺菌消毒；金屬顆粒選自由銅(Cu)、鉑(Pt)和鎳(Ni)組成的金屬組，用于去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物；金屬顆粒選自由氧化鈦(TiO2)、釩(V)、鋅(Zn)和金(Au)組成的物質(zhì)組，用于去除空氣中的臭味，或者同時選用上述金屬顆粒的組合，從而使金屬顆粒不僅可以集塵還可以殺菌消毒。
本發(fā)明的上述方面和其它方面的實現(xiàn)方案如下一種用于空調(diào)器的過濾器，所述過濾器包括聚合物和分布在聚合物內(nèi)的碳納米管，其中碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
金屬顆粒優(yōu)選具有殺菌消毒、去除空氣中的臭味、去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物的作用，或者同時具有所述作用的組合。
所述金屬顆粒選自由銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈀(Pd)、銠(Rh)和鉻(Cr)組成的金屬組，用于對流入的空氣進行殺菌消毒；金屬顆粒選自由銅(Cu)、鉑(Pt)和鎳(Ni)組成的金屬組，用于去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物；金屬顆粒選自由氧化鈦(TiO2)、釩(V)、鋅(Zn)和金(Au)組成的物質(zhì)組，用于去除空氣中的臭味；或者具有上述金屬顆粒的組合，從而使金屬顆粒不僅可以集塵還可以殺菌消毒。


下面將結(jié)合附圖并對照優(yōu)選實施例對本發(fā)明上述和其它的方面和優(yōu)點加以詳細說明。圖中示出圖1示出具有集塵過濾器和除臭過濾器的習(xí)用空調(diào)器的結(jié)構(gòu)；圖2a示出碳納米管的結(jié)構(gòu)；圖2b示出碳納米管的類型；圖3a-3d為說明習(xí)用的活性碳過濾器和本發(fā)明的碳納米管過濾器的吸附性能的色譜圖；圖4a為通過電弧放電將金屬顆粒涂敷在碳納米管內(nèi)的處理過程；圖4b示出通過激光閃蒸將金屬顆粒涂敷在碳納米管內(nèi)的處理過程，和圖5為說明金屬顆粒涂敷在碳納米管上的狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式
下面將參照本發(fā)明給出的具體實施例，在附圖中示出這些實施例的舉例，其中用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
被稱作新型材料的碳納米管(CNT)為具有在地球上大量存在的碳的同素異形體，其中一個碳原子與其它碳原子結(jié)合成六角形的蜂窩狀的管形。所述碳納米管的直徑為毫微米量度的超小直徑。
圖2a示出碳納米管的結(jié)構(gòu)。如圖2a所示，碳納米管實際上是環(huán)繞成毫微米量度直徑的石墨片，具有sp2結(jié)合結(jié)構(gòu)。
圖2b示出碳納米管的類型。例如，如圖2b所示，根據(jù)構(gòu)成納米管壁的結(jié)合數(shù)量將碳納米管分成兩種類型單壁納米管和多壁納米管。另外，多個單壁納米管被結(jié)合形成納米管束。
碳納米管的直徑范圍為幾個納米到幾十個納米，其長度約為0.1-10μm。所述碳納米管包括中空的芯在內(nèi)的表面積為104m2/g。由于增大了碳納米管的特定表面積，所以提高了具有碳納米管的過濾器的吸附效率，因而便于制備使用壽命長且結(jié)構(gòu)緊湊的過濾器。
為對根據(jù)已有技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明的除臭過濾器的吸附性能進行比較，分別采用了活性碳和碳納米管。
使用HP5890系列II氣相色譜儀，將每種過濾器樣品放置在柱內(nèi)(DB-1直徑為0.53m，長度為3m)，將氮氣作為流動相以2ml/min的速度注入。在空白組中使用3μl的苯、乙酸乙酯和甲苯，同時對于活性碳過濾器組和碳納米管過濾器組，使用20μl的苯、乙酸乙酯和甲苯。
經(jīng)過預(yù)定時間之后，使用火焰電離檢測器(FID)測量密閉的室內(nèi)的苯、乙酸乙酯和甲苯的含量。就此點而言，柱的入口溫度為200℃，柱的內(nèi)部溫度為30℃(5min)-100℃(10℃/min)，柱的出口溫度為250℃。
圖3a-3d示出活性碳過濾器和碳納米管過濾器的性能的測試結(jié)果。如圖3a-3d所示，4個小時之后，在任一個過濾器內(nèi)基本上不會檢測到苯、乙酸乙酯和甲苯。
但是，從下面的表1中可以看出，在該時間段內(nèi)，活性碳過濾器和碳納米管過濾器內(nèi)的苯、乙酸乙酯和甲苯的濃度差別很大。
表1(濃度單位ppm)

另外，當(dāng)碳納米管的密度過大時，將增加其制造成本。同時，當(dāng)碳納米管的密度過小時，將降低其除臭功能。因此，碳納米管要以適當(dāng)?shù)臄?shù)量分布在諸如聚丙烯等聚合物內(nèi)，以便制備過濾器。
為了從流經(jīng)過濾器的空氣中除去VOC，將選自銅(Cu)、鉑(Pt)和鎳(Ni)的納米金屬顆粒涂敷在每個碳納米管的孔內(nèi)，以便提高過濾器的去除有害物質(zhì)的功能。另外，為了對流經(jīng)過濾器的空氣進行殺菌消毒，將選自銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈀(Pd)、銠(Rh)和鉻(Cr)的納米的金屬顆粒涂敷在每個碳納米管的孔內(nèi)。另外，采用氧化鈦(TiO2)、釩(V)、鋅(Zn)或金(Au)的納米顆粒提高過濾器的除臭功能。
同時，利用電弧放電或激光氣相淀積將納米金屬顆粒涂敷在碳納米管內(nèi)。
圖4a示出電弧放電過程。如圖4a所示，當(dāng)用作電極的兩個石墨棒之間發(fā)生放電時，與陰極石墨棒分離的碳簇聚集到處于低溫狀態(tài)的陽極石墨棒上。聚集到陽極上的石墨包括碳納米管和碳納米顆粒。為制造本發(fā)明的有效的碳過濾器，純的陰極石墨棒被穿成孔，將諸如Ag、Cu、Co、Ni、Fe和Y等金屬粉末填充到孔內(nèi)，然后進行合成，得到單壁碳納米管。
圖4b為激光汽相淀積過程。如圖4b所示，在反應(yīng)熔爐的溫度保持約1200℃之后，爐內(nèi)的石墨靶被激光輻射并汽化。汽化后的石墨被吸附在冷卻收集器上。采用此方式獲得的凝聚的材料包括多壁碳納米管和碳納米顆粒。同樣，將氦或氬用作傳送氣體，并使熔爐保持在約500托以下。當(dāng)制造本發(fā)明的有效的碳過濾器時，使用與Ag、Cu、Co、Ni和Fe混合的石墨替代純凈的石墨作為靶子，從而制備標(biāo)準(zhǔn)的單壁的碳納米管。
圖5示出采用上述工藝將金屬顆粒淀積到碳納米管內(nèi)的過程。
如上所述，盡管使用碳納米管的過濾器被作得非常薄，但是這些過濾器的表面面積仍然非常大，并具有極好的除臭功能。從而形成了一種結(jié)構(gòu)緊湊的過濾器。
另外，由于碳納米管在300℃或更高溫度下能解吸所吸附的物質(zhì)，因而經(jīng)過對碳納米管的簡單的熱處理和化學(xué)處理可以重復(fù)使用該過濾器。所以，不必頻繁更換新的過濾器，從而增加了經(jīng)濟效益。
因為通過使用碳納米管形成的具有密集層的過濾器可以吸附諸如灰塵等固體顆粒，并用作集塵過濾器，所以碳納米管過濾器可以單獨安裝在空調(diào)器內(nèi)，而不使用附加的集塵過濾器，從而易于使用和維護。
根據(jù)使用空調(diào)器的環(huán)境，將可以除去VOC的鎳、具有殺菌消毒功能的銀、具有除臭功能的氧化鈦或者它們的混合物淀積在碳納米管的孔內(nèi)，從而不必使用附加的處理裝置和過濾器即可有效地實現(xiàn)對空氣的凈化。
換句話說，雖然具有本發(fā)明的碳納米管的過濾器厚度非常薄，但仍然可以有效地實現(xiàn)對室內(nèi)空氣的凈化，并且經(jīng)過簡單的處理后可以反復(fù)加以利用，因此增加了經(jīng)濟效益。另外，由于空調(diào)器內(nèi)沒有附加安裝集塵過濾器，所以空調(diào)器的過濾器易于維護和使用。而且至少有一種納米金屬顆粒被淀積在碳納米管內(nèi)，所以即便不使用附加的裝置，這種碳納米管的過濾器也可以有效地去除諸如VOC等有害物質(zhì)。因此這種空調(diào)器的結(jié)構(gòu)非常緊湊。
雖然上面僅對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例做了說明，但是對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然仍可以對這些實施例加以變動，而不會偏離本發(fā)明的原則口精神。
權(quán)利要求
1.一種用于空調(diào)器的過濾器，包括碳納米管，其中所述碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
2.按照權(quán)利要求1所述的過濾器，其中金屬顆粒具有殺菌消毒作用。
3.按照權(quán)利要求2所述的過濾器，其中金屬顆粒選自由銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈀(Pd)、銠(Rh)和鉻(Cr)組成的金屬組中的任何一種金屬。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的過濾器，其中金屬顆粒具有去除空氣中臭味的作用。
5.按照權(quán)利要求4所述的過濾器，其中金屬顆粒選自由氧化鈦(TiO2)、釩(V)、鋅(Zn)和金(Au)組成的物質(zhì)組中的任何一種物質(zhì)。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的過濾器，其中金屬顆粒具有去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物的作用。
7.按照權(quán)利要求6所述的過濾器，其中金屬顆粒是選自銅(Cu)、鉑(Pt)和鎳(Ni)中的任何一種金屬。
8.按照權(quán)利要求6所述的過濾器，其中還包括具有去除空氣中的臭味的納米金屬顆粒。
9.一種用于空調(diào)器的過濾器，包括聚合物；和分布在聚合物內(nèi)的碳納米管；其中碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
10.按照權(quán)利要求9所述的過濾器，其中金屬顆粒用于殺菌消毒。
11.按照權(quán)利要求10所述的過濾器，其中金屬顆粒選自由銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鈀(Pd)、銠(Rh)和鉻(Cr)組成的金屬組中的任何一種金屬。
12.按照權(quán)利要求9或10所述的過濾器，其中金屬顆粒具有去除空氣中臭味的作用。
13.按照權(quán)利要求12所述的過濾器，其中金屬顆粒選自由氧化鈦(TiO2)、釩(V)、鋅(Zn)和金(Au)組成的物質(zhì)組中的任何一種物質(zhì)。
14.按照權(quán)利要求9或10所述的過濾器，其中金屬顆粒具有去除空氣中的揮發(fā)性有機化合物的作用。
15.按照權(quán)利要求14所述的過濾器，其中金屬顆粒選自銅(Cu)、鉑(Pt)和鎳(Ni)中的任何一種金屬。
16.按照權(quán)利要求14所述的過濾器，其中還包括用于去除空氣中的臭味的納米金屬顆粒。
17.一種具有權(quán)利要求1或9所述的過濾器的空氣凈化器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于空調(diào)器的過濾器。所述過濾器包括碳納米管，所述碳納米管涂敷有至少一種納米金屬顆粒。
文檔編號B01J19/12GK1509794SQ03107390
公開日2004年7月7日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者李在權(quán), 金永生, 樸燦汀 申請人:三星電子株式會社