一種石墨烯基空氣濾材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸附材料領(lǐng)域，具體為一種石墨烯吸附材料及其制備方法和應(yīng)用，可用于口罩濾片、空調(diào)濾網(wǎng)、汽車濾清器等空氣過濾材料，同時具有一定的抗菌性能。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前我國的空氣污染問題日益嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為煤煙型污染。城市大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標(biāo)；二氧化硫污染一直在較高水平；機動車尾氣污染物排放總量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趨勢。尤其近來在中國的許多大中城市頻頻產(chǎn)生的霧霾天氣，嚴(yán)重威脅人民的身體健康和生命。霧霾天氣產(chǎn)生的機制很復(fù)雜，其化學(xué)成分也很復(fù)雜，可能引發(fā)多種疾病。同時，病毒、病菌等可能會附著在大氣的顆粒物上，傳播疾病。PM2.5是大氣污染物中對人體危害最大的顆粒物，此顆粒物直徑等于或小于2.5微米，醫(yī)學(xué)上成為可吸入顆粒物。目前市面上的多種空氣凈化器及凈化材料，但大都不能有效的阻擋PM2.5。而阻擋效果較好的凈化器，其成本又太高。因此需要開發(fā)一種具有優(yōu)異吸附性能和抗菌性能，透氣性較好，能夠有效阻擋PM2.5等大氣污染物，并且制備工藝簡單，成本低廉的過濾材料。
[0003]石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，立即引起了科研界極大的興趣，近幾年來已經(jīng)成為科學(xué)研究的一大熱點材料。石墨烯作為一種新興的材料，其理論比表面積可以達(dá)到2620m2/g，是一種潛在的吸附材料。但是由于石墨烯片層結(jié)構(gòu)容易團(tuán)聚，形成孔隙率很低的二維結(jié)構(gòu)材料，從而使其性能及應(yīng)用范圍受到很大的限制。
[0004]利用氧化石墨烯組裝成三維海綿狀結(jié)構(gòu)石墨烯，具有大的比表面積，很好的吸附性能，同時研究表明氧化石墨烯具有優(yōu)異的抗菌性能。三維石墨烯的制備可以采用多種方法，而目前的方法所制得的三維石墨烯都沒有良好的柔韌性，易破裂變形，不能有效的用于過濾吸附材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可有效凈化空氣的濾材，并且具有一定的抗菌性能，同時結(jié)構(gòu)簡單，易于生產(chǎn)和制造。
[0006]本發(fā)明所解決上述技術(shù)問題的方案是:
[0007]—種石墨烯基空氣濾材，該材料為氧化石墨烯組裝的三維海綿狀結(jié)構(gòu)，孔徑范圍lOOnm?1.5 μ m，比表面積100m2/g?2000m2/g，表面含氧基團(tuán)比例為35%?50%。
[0008]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，包括如下步驟:
[0009](1)氧化石墨烯水溶液的制備:選取不同目數(shù)的石墨粉體為原料，制備不同尺寸的氧化石墨烯，超聲分散在水中。
[0010](2)三維石墨烯結(jié)構(gòu)的制備:在一定量的石墨烯水溶液中加增稠劑，混合后加入紙漿作為交聯(lián)劑，分散均勻后在不同形狀的托盤器皿中冷凍成塊狀，真空冷凍干燥后得到三維石墨稀材料。
[0011]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，所用石墨粉原料的目數(shù)為100目?15000目。分散后的氧化石墨稀溶液的濃度為0.lmg/ml?10mg/ml。
[0012]所述的石墨稀基空氣濾材的制備方法，制備氧化石墨稀采用Hu_er法對石墨粉進(jìn)行氧化，石墨烯分散溶劑為水溶液，超聲剝離時間為30min?5h。
[0013]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，制備三維石墨烯時，所加入增稠劑為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、β-環(huán)糊精、聚乙二醇中的一種或多種，所加入增稠劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1: 10?1: 1000。優(yōu)選地，加入增稠劑選用聚丙烯酸鈉，加入量與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1: 50?1: 500。
[0014]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，制備三維石墨烯時所加入交聯(lián)劑可為各種類型的紙漿或日用衛(wèi)生紙打漿，所加入交聯(lián)劑與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1: 1?1: 100。
[0015]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，制備三維石墨烯時，采用的干燥方式為真空冷凍干燥。
[0016]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，三維石墨烯結(jié)構(gòu)制備過程中，可通過改變氧化石墨烯的尺寸大小以及聚合劑的加入量來控制三維結(jié)構(gòu)孔徑的大小。優(yōu)選地，制備氧化石墨烯時選用石墨粉原料的目數(shù)為1000目?10000目。
[0017]所述的石墨烯基空氣濾材的制備方法，所制備三維石墨烯塊體材料的大小及厚度，可以由冷凍時容器形貌及大小來調(diào)控。所得多孔的海綿狀石墨烯具有很好的機械強度，可以任意彎曲，裁剪成不同形狀。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019](1)利用氧化石墨烯組裝成三維海綿狀結(jié)構(gòu)石墨烯，具有超高的比表面積，很好的吸附性能。將其用于防霧霾口罩濾片，能夠有效的過濾大氣污染物。
[0020](2)以往的三維石墨烯的制備韌性不好，機械強度不高且不能控制其孔徑大小，孔洞較大。本發(fā)明利用聚丙烯酸鹽和紙漿的加入，不僅使其更具有柔韌性，而且可以成功控制其孔徑在微米級以下。紙漿可以是原漿，也可以是日用衛(wèi)生紙直接打漿而得，簡單易得、成本低廉。
[0021](3)三維海綿狀石墨烯，不僅具有超高比表面積，而且其表面還有大量的含氧基團(tuán)，進(jìn)一步增強其吸附效果。同時研究表明氧化石墨烯具有抗菌效果。
[0022](4)本發(fā)明增稠劑選用的聚丙烯酸鹽，不僅可以便于三維結(jié)構(gòu)的可控，同時聚丙烯酸鹽加入還可以中和氧化石墨烯中所含有的一些金屬離子雜質(zhì)，提高氧化石墨烯的純度。而且無毒無害，利于環(huán)保。
[0023](5)該石墨烯吸附材料制備過程工藝簡單、成本低廉，可以調(diào)控石墨烯海綿的孔徑大小，具有很好的機械性能和加工性能，可作為可用于口罩濾片、空調(diào)濾網(wǎng)、汽車濾清器等過濾材料，同時還可應(yīng)用于染料、油污吸附等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所得三維石墨烯材料宏觀照片。
圖2是示意本發(fā)明所得三維石墨烯材料可任意彎曲的照片。
圖3是本發(fā)明所得三維石墨烯材料SEM照片。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和下述實施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的溫度、時間等也僅是合適范圍中的一個示例，即、本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過本文的說明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0026]下面，結(jié)合具體實施例對本發(fā)明石墨烯基空氣濾材的制備和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0027]實施例1
本發(fā)明實施例制備三維石墨烯的工藝流程，包括如下步驟:
[0028]第一步，制備氧化石墨稀:本實施例中石墨粉平均粒度為500