阅读说明：本技术 一种空气活化复合材料及其应用 (A kind of air-activated composite material and its application ) 是由 胡小勇 赖继平 陈佳志 麦裕良 杨宗美 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种空气活化复合材料及其应用。所述空气活化复合材料包括稀土复合负离子远红外功能材料、载体和载体改性材料；所述稀土复合负离子远红外功能材料包括稀土氧化物、电气石粉和石墨烯；所述载体包括橡胶、塑料中的至少一种；载体改性材料包括麦饭石粉、云母粉中的至少一种。本发明的空气活化复合材料,一方面材料本身与空气接触释放负氧离子和远红外线从而活化空气,另一方面通过空气与材料摩擦震荡这种机械活动活化空气,活化的空气促进燃油低温充分燃烧,从而达到节能减排的目的。利用本发明的空气活化复合材料制备的汽车节能减排前处理装置,其节能效果可达10-40％,汽车排放尾气中的THC可下降45-80％,NO<Sub>x</Sub>可下降50-85％。(The invention discloses a kind of air-activated composite material and its applications.The air-activated composite material includes rare earth composite negative ion far-infrared functional material, carrier and support modification material；The rare earth composite negative ion far-infrared functional material includes rare earth oxide, tourmaline powder and graphene；The carrier includes at least one of rubber, plastics；Support modification material includes at least one of medical stone powder, mica powder.Air-activated composite material of the invention, one side material itself contacts releasing negative oxygen ion and far infrared with air to activating air, on the other hand this mechanical activity activating air is shaken by air and material friction, the air of activation promotes fuel oil low temperature full combustion, to achieve energy-saving and emission reduction purposes.The automotive energy-saving emission-reducing pretreating device prepared using air-activated composite material of the invention, for energy-saving effect up to 10-40%, the THC in car exhaust gas can decline 45-80%, NO x 50-85% can be declined.)

一种空气活化复合材料及其应用

技术领域

本发明涉及空气活化器技术领域，具体涉及一种空气活化复合材料及其应用。

背景技术

汽车发动机在工作中，燃油与空气按一定比例掺混燃烧给发动机提供了动能。然而，由于燃烧不完全，不仅造成严重的能源浪费，还造成尾气排放超标，严重污染环境。随着《轻型汽车污染物排放限制及测量方法(中国第六阶段)》(GB 18352.6-1016)的实施，汽车尾气排放要求更严，迫切需要更有效的节能减排技术和装置。

目前，如催化转化器、颗粒捕集器等汽车尾气后处理装置属于先污染后治理，减排效果有限，很难完全满足日益严格的环保要求；空气活化前处理装置可以同时达到节能减排的目的，但现有空气活化器节能减排效果不够显著，因此，可以从空气活化器的材料和结构设计着手进一步提高空气活化器的节能减排效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种空气活化复合材料及其应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种空气活化复合材料，包括稀土复合负离子远红外功能材料、载体和载体改性材料；所述稀土复合负离子远红外功能材料包括稀土氧化物、电气石粉和石墨烯；所述载体包括橡胶、塑料中的至少一种；载体改性材料包括麦饭石粉、云母粉中的至少一种。

本发明通过优选空气活化复合材料的组成活化空气，一方面材料本身与空气接触释放负氧离子和远红外线从而活化空气，另一方面通过空气与材料摩擦震荡这种机械活动活化空气，活化的空气促进燃油低温充分燃烧，从而达到节能减排的目的。

优选地，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：稀土氧化物2～15wt％、电气石粉73～96wt％和石墨烯2～12wt％。

优选地，所述的空气活化复合材料包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料35～55wt％、载体25～60wt％和载体改性材料5～20wt％。

优选地，所述的空气活化复合材料包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料35～55wt％、载体25～60wt％、麦饭石5～15wt％和云母粉0～15wt％。

优选地，所述稀土氧化物为镧系稀土氧化物、钕系稀土氧化物、铈系稀土氧化物、镨系稀土氧化物中的至少一种。本申请通过优选稀土氧化物的种类，提高空气活化速率。

优选地，所述电气石粉的粒径为800～12500目。

优选地，所述载体改性材料包括经硅烷偶联剂改性的麦饭石粉和云母粉。本申请可选用未经表面改性或经过硅烷偶联剂改性的麦饭石粉和云母粉，与未经改性的麦饭石粉和云母粉相比，采用硅烷偶联剂对麦饭石粉和云母粉进行表面改性有助于改善麦饭石粉、云母粉与载体的界面相容性。

优选地，所述麦饭石粉和云母粉的粒径为5～10μm。

一种汽车节能减排前处理装置，由上述的空气活化复合材料制备而成。

优选地，所述的汽车节能减排前处理装置为带通气孔的矩形板体。

将本发明的空气活化复合材料加工成型，制成具有一定厚度的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面进入，与空气活化复合材料接触摩擦，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔加速喷入发动机燃烧室，与燃油混合低温充分燃烧，从而达到节能减排的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的空气活化复合材料，利用稀土复合负离子远红外功能材料活化空气分子，能有效促进燃油低温充分燃烧，节能减排效果良好，尤其能大大减少NO_x的生成与排放。其中，电气石具有热释电效应，能释放空气负氧离子和远红外线；稀土氧化物不仅能利用本身发射的射线电离空气分子，产生负氧离子，而且还能进一步激活电气石，可使电气石负氧离子的释放量提高一倍以上；而石墨烯可提高空气负氧离子的迁移速率，三者复合协同作用，能最大限度活化空气分子。此外，加入麦饭石可增加材料的孔隙率和比表面积，使空气与材料接触面积更大更充分，更有利于空气分子的活化，进一步促进燃料低温燃烧，从而达到理想的节能减排效应。

(2)本发明的空气活化复合材料，利用摩擦震荡作用，进一步活化空气，提高节能减排效果。通过采用具有弹性的橡胶和/或塑料作为载体，并加入麦饭石和云母粉，使材料韧性更好、机械强度更高、抗老化性能更强、孔隙率和比表面积更高。当空气流经材料时，与材料充分接触产生高速摩擦震荡作用，进一步活化空气，促进燃油低温充分燃烧，而低温燃烧能很好的控制NO_x的生成。

(3)利用本发明的空气活化复合材料制备的汽车节能减排前处理装置，其节能效果可达10-40％，汽车排放尾气中的THC可下降45-80％，NO_x可下降50-85％。

附图说明

图1是本发明的汽车节能减排前处理装置的进气面示意图。1-板体；2-进气面；3-通气孔。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料40wt％、载体50wt％、粒径为5～10μm的麦饭石5wt％和粒径为5～10μm的经硅烷偶联剂云母粉5wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物10wt％、粒径为800～12500目的电气石粉82wt％和石墨烯8wt％；所述载体为橡胶。

将镧系稀土氧化物、电气石粉和石墨烯复合在一起，可促进空气负氧离子和红外线的释放，高效活化空气。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达40％，汽车排放尾气中的THC可下降78％，NO_x可下降83％。

实施例2

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料40wt％、载体50wt％、粒径为5～10μm的麦饭石5wt％和粒径为5～10μm的经硅烷偶联剂云母粉5wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物15wt％、粒径为800～12500目的电气石粉73wt％和石墨烯12wt％；所述载体为橡胶。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达32％，汽车排放尾气中的THC可下降68％，NO_x可下降75％。

实施例3

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料40wt％、载体50wt％、粒径为5～10μm的麦饭石5wt％和粒径为5～10μm的经硅烷偶联剂云母粉5wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物2wt％、粒径为800～12500目的电气石粉82wt％和石墨烯8wt％；所述载体为橡胶。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达28％，汽车排放尾气中的THC可下降60％，NO_x可下降71％。

实施例4

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料35wt％、载体60wt％和粒径为5～10μm的麦饭石5wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物10wt％、粒径为800～12500目的电气石粉82wt％和石墨烯8wt％；所述载体为橡胶。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达15％，汽车排放尾气中的THC可下降50％，NO_x可下降56％。

实施例5

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料55wt％、载体25wt％、粒径为5～10μm的麦饭石5wt％和粒径为5～10μm的经硅烷偶联剂云母粉15wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物10wt％、粒径为800～12500目的电气石粉82wt％和石墨烯8wt％；所述载体为橡胶。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达38％，汽车排放尾气中的THC可下降67％，NO_x可下降69％。

实施例6

一种空气活化复合材料，包括以下重量百分比的组分：稀土复合负离子远红外功能材料55wt％、载体25wt％、粒径为5～10μm的麦饭石15wt％和粒径为5～10μm的经硅烷偶联剂云母粉5wt％；

其中，所述稀土复合负离子远红外功能材料包括以下重量百分比的组分：镧系稀土氧化物10wt％、粒径为800～12500目的电气石粉82wt％和石墨烯8wt％；所述载体为橡胶。

将本实施例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达38％，汽车排放尾气中的THC可下降69％，NOx可下降70％。

对比例1

一种空气活化复合材料与实施例1基本相同，不同在于本对比例不添加石墨烯。

将本对比例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达12％，汽车排放尾气中的THC可下降29％，NO_x可下降32％。

对比例2

一种空气活化复合材料与实施例1基本相同，不同在于本对比例不添加麦饭石粉和云母粉。

将本对比例的空气活化复合材料加工制成具有10mm厚的带通气孔的矩形板体，作为汽车节能减排前处理装置(如图1所示)，安装于汽车空气进气管与发动机燃烧室之间。空气从汽车节能减排前处理装置的进气面2进入，与空气活化复合材料板体1接触按摩，产生大量空气负氧离子和辐射远红外线，得到充分活化的空气经过通气孔3加速喷入发动机燃烧室，充分与燃油混合燃烧，辐射的远红外线作用于燃油，活化燃油分子，进一步提高燃油的燃烧效率。

将上述汽车节能减排前处理装置安装于丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上，通过在城市综合道路(0-75km/h)上行驶实测，节能效果可达17％，汽车排放尾气中的THC可下降33％，NO_x可下降37％。

以上实施例及对比例效果均在丰田凯美瑞(国Ⅳ车)上进行试验，选用其它车型进行试验也能实现节能减排的效果。

以上实施例中可以将镧系稀土氧化物替换为钕系稀土氧化物、铈系稀土氧化物或镨系稀土氧化物等稀土氧化物。

以上实施例中可以将橡胶替换为塑料等载体。

由实施例1与对比例1-2的结果可以看出，本发明采用包含稀土氧化物、电气石粉和石墨烯的稀土复合负离子远红外功能材料，以及含有麦饭石和云母石的载体改性材料复配，能够更有利于空气分子的活化，进一步促进燃料低温燃烧，达到更理想的节能减排效应。由实施例1-6可以看出，通过优选本发明复合材料中镧系稀土氧化物、电气石粉和石墨烯的配比，或稀土复合负离子远红外功能材料、载体和载体改性材料的配比，均可有效提高节能效果，减少汽车排放尾气中THC和NO_x的排放。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。