[发明专利]一种石墨烯基空气滤材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料领域，具体为一种石墨烯吸附材料及其制备方法和应用，可用于口罩滤片、空调滤网、汽车滤清器等空气过滤材料，同时具有一定的抗菌性能。

背景技术

当前我国的空气污染问题日益严重，主要表现为煤烟型污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染一直在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。尤其近来在中国的许多大中城市频频产生的雾霾天气，严重威胁人民的身体健康和生命。雾霾天气产生的机制很复杂，其化学成分也很复杂，可能引发多种疾病。同时，病毒、病菌等可能会附着在大气的颗粒物上，传播疾病。PM2.5是大气污染物中对人体危害最大的颗粒物，此颗粒物直径等于或小于2.5微米，医学上成为可吸入颗粒物。目前市面上的多种空气净化器及净化材料，但大都不能有效的阻挡PM2.5。而阻挡效果较好的净化器，其成本又太高。因此需要开发一种具有优异吸附性能和抗菌性能，透气性较好，能够有效阻挡PM2.5等大气污染物，并且制备工艺简单，成本低廉的过滤材料。

石墨烯自2004年被发现以来，立即引起了科研界极大的兴趣，近几年来已经成为科学研究的一大热点材料。石墨烯作为一种新兴的材料，其理论比表面积可以达到2620m²/g，是一种潜在的吸附材料。但是由于石墨烯片层结构容易团聚，形成孔隙率很低的二维结构材料，从而使其性能及应用范围受到很大的限制。

利用氧化石墨烯组装成三维海绵状结构石墨烯，具有大的比表面积，很好的吸附性能，同时研究表明氧化石墨烯具有优异的抗菌性能。三维石墨烯的制备可以采用多种方法，而目前的方法所制得的三维石墨烯都没有良好的柔韧性，易破裂变形，不能有效的用于过滤吸附材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效净化空气的滤材，并且具有一定的抗菌性能，同时结构简单，易于生产和制造。

本发明所解决上述技术问题的方案是：

一种石墨烯基空气滤材，该材料为氧化石墨烯组装的三维海绵状结构，孔径范围100nm～1.5μm，比表面积100m²/g～2000m²/g，表面含氧基团比例为35％～50％。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，包括如下步骤：

(1)氧化石墨烯水溶液的制备：选取不同目数的石墨粉体为原料，制备不同尺寸的氧化石墨烯，超声分散在水中。

(2)三维石墨烯结构的制备：在一定量的石墨烯水溶液中加增稠剂，混合后加入纸浆作为交联剂，分散均匀后在不同形状的托盘器皿中冷冻成块状，真空冷冻干燥后得到三维石墨烯材料。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，所用石墨粉原料的目数为100目～15000目。分散后的氧化石墨烯溶液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，制备氧化石墨烯采用Hummer法对石墨粉进行氧化，石墨烯分散溶剂为水溶液，超声剥离时间为30min～5h。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，制备三维石墨烯时，所加入增稠剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、β-环糊精、聚乙二醇中的一种或多种，所加入增稠剂与氧化石墨烯的质量比为1∶10～1∶1000。优选地，加入增稠剂选用聚丙烯酸钠，加入量与氧化石墨烯的质量比为1∶50～1∶500。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，制备三维石墨烯时所加入交联剂可为各种类型的纸浆或日用卫生纸打浆，所加入交联剂与氧化石墨烯的质量比为1∶1～1∶100。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，制备三维石墨烯时，采用的干燥方式为真空冷冻干燥。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，三维石墨烯结构制备过程中，可通过改变氧化石墨烯的尺寸大小以及聚合剂的加入量来控制三维结构孔径的大小。优选地，制备氧化石墨烯时选用石墨粉原料的目数为1000目～10000目。

所述的石墨烯基空气滤材的制备方法，所制备三维石墨烯块体材料的大小及厚度，可以由冷冻时容器形貌及大小来调控。所得多孔的海绵状石墨烯具有很好的机械强度，可以任意弯曲，裁剪成不同形状。

本发明的有益效果：

(1)利用氧化石墨烯组装成三维海绵状结构石墨烯，具有超高的比表面积，很好的吸附性能。将其用于防雾霾口罩滤片，能够有效的过滤大气污染物。