[发明专利]一种具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料的制备方法，包括如下步骤：

以纤维过滤介质作为基底，配制金属催化剂；并使所述金属催化剂沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；采用化学气相沉积法在所述纤维过滤介质的表面生长碳纳米管，即得到具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：采用溶液浸渍法实现所述金属催化剂沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；

所述溶液浸渍法包括如下步骤：将所述纤维过滤介质浸泡在所述金属催化剂的溶液中，然后取出所述纤维过滤介质，使所述金属催化剂的溶液中的溶剂沿所述纤维过滤介质的厚度方向挥发。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：采用气溶胶喷雾法实现所述金属催化剂沿所述基底的厚度方向呈梯度分布；

所述气溶胶喷雾法包括如下步骤：利用气溶胶发生装置产生所述金属催化剂的气溶胶颗粒；在载气的带动下，所述金属催化剂的气溶胶颗粒沿所述纤维过滤介质的厚度方向通过所述纤维过滤介质。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述金属催化剂的溶液中的溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、苯、二甲苯、二氯乙烷、氯仿、正己烷和环己烷中至少一种；

所述金属催化剂的溶液中，所述金属催化剂的浓度为0.0001mg/mL～1g/mL。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述溶液浸渍法中，所述溶剂挥发的方法为自然挥发法、加热法或冷冻干燥法；

所述气溶胶喷雾法中，所述气溶胶发生装置为基于Laskin原理的气溶胶发生器、基于电磁溅射原理的气溶胶发生器、超声波雾化器、Collison雾化器、DeVilbis雾化器或Lovelace雾化器。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过加热所述金属催化剂产生金属催化剂的气溶胶颗粒；在载气的带动下，所述金属催化剂的气溶胶颗粒沿所述纤维过滤介质的厚度方向通过所述纤维过滤介质。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述金属催化剂的气溶胶颗粒在所述纤维过滤介质内部的梯状分布与所述碳纳米管的生长过程为同步原位进行；

所述化学气相沉积法中气体状态的碳源作为所述金属催化剂的气溶胶颗粒的载气。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述金属催化剂为Fe基催化剂、Co基催化剂、Ni基催化剂、Cu基催化剂、Mo基催化剂、Mg基催化剂和Al基催化剂中至少一种。

所述化学气相沉积法的碳源为一氧化碳、C₁～C₇的烃类气体、甲醇、乙醇、苯、二甲苯、正己烷和环己烷中至少一种；

所述生长的温度为100℃～2000℃，时间为0.1秒～1000小时。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述纤维过滤介质的材质为石英纤维、碳纤维、玻璃纤维、金属纤维和聚合物纤维中至少一种，所述聚合物纤维的熔点为300℃～1000℃。

10.权利要求1-9中任一所述方法制备的具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料；

所述具有梯度结构的碳纳米管空气过滤材料中，碳纳米管的含量沿所述纤维过滤介质的厚度方向递增或递减；

所述碳纳米管的管径为0.4nm～100nm。