[发明专利]石墨烯改性的复合介孔碳微球空气净化剂制备方法

说明书

本发明提供一种复合介孔碳微球空气净化剂制备方法，步骤1：称取一定量鳞片石墨为原料，称取一定量浓H₂SO₄和KMnO₄为氧化剂，制得氧化石墨烯；步骤2：称取一定量氧化石墨烯和一定量Ti(OBu)₄作为初始反应物，在氧化石墨烯、Ti(OBu)₄、乙醇溶剂体系中，在氧化石墨烯表面原位生长纳米二氧化钛粒子，合成RGO/TiO₂纳米粒子；步骤3：获取微米SiO₂粒子表面覆盖薄层纳米SiO₂粒子；步骤4：最终获得介孔壳结构碳微球负载RGO/TiO₂的新型空气净化剂。采用上述方案，纯度高，粉末中介孔壳结构碳微球负载RGO/TiO₂在介孔处结合较好、分布均匀、尺度可控，可用于净化雾霾环境污染大气、除尘，光催化降解、分离污染大气中氮氧化物、硫化物或其他有机污染物。

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，尤其涉及的是一种复合介孔碳微球空气净化剂制备方法。

背景技术

科学研究表明：高浓度的细颗粒物（PM2.5）污染是形成雾霾的根本原因，PM2.5是由直接排入空气中的一次粒子（主要包括尘土性粒子和由植物、矿物燃料燃烧产生的炭黑粒子）和空气中气态污染物通过化学转化生成的二次粒子组成。引起北京重度雾霾天气的根源在于汽车尾气排放的大量氮氧化物和北京周边电厂、钢厂等工业排放的硫化物，以及取暖燃煤、生活用天然气排放的少量一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、铅(Pb)等。这些硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx）一次气态污染源通过均相或非均相的氧化形成酸性气溶胶, 酸性气溶胶再和大气中唯一的偏碱性气体NH₃反应，生成硫酸铵(亚硫酸铵)和硝酸铵气溶胶粒子，即二次污染物（主要由硫酸铵和硝酸铵）。

开发合理的PM2.5脱除技术是治理大气、改善空气质量的关键所在。在现有PM2.5脱除方法中，应用喷水除尘、过滤除尘、静电除尘、旋风除尘等方式较为常见，还有尚处研发或小规模应用阶段的技术，包括超声波净化、施加电、磁场截留PM2.5、新型粉体颗粒床过滤净化与利用蒸汽相变净化等。但上述技术的处理思想均是将PM2.5视为固体颗粒，根据冲击、扩散、筛除及静电等传统除尘技术，通过改进工艺强化其拦截能力。由于PM2.5 颗粒粒径过于微小，为提高净化效率，不得不采取各种“凝聚”措施增加颗粒粒径，由此增大了过滤阻力，造成较大的设备投资和能源消耗，且最终净化效果并不理想。

吸附分离是利用多孔材料的高比表面积以及对特定物质的较强吸附力，对混合物中一种或几种物质实现分离的一种技术。PM2.5的实质是一种细小的气溶胶颗粒，其中一半以上是具有极性的，NO^-3，NH⁺⁴等水溶性离子，理论上，只要多孔吸附材料的孔径合适并具备一定极性，就能让PM2.5深入到多孔吸附材料颗粒孔隙，并被捕捉在颗粒内部，达到吸附分离的效果，可大幅度提高PM2.5的截留效率。

因此，近年来，科研人员对多孔碳材料、超细碳纤维、竹炭笼芯紫砂毫、稀土介孔氧化物、金属有机骨架材料、碳纳米管、活性炭纤维、炭化微米木纤维等新型多孔材料的研究为微纳米颗粒的吸附分离提供了新的方向^[5-9]。这些材料可以通过工艺调整获得纳米级别微孔，因此具有更发达的孔隙结构和巨大的比表面积，在微纳米颗粒的吸附分离方面展现了极大的优势，但这些多孔材料用作雾霾环境PM2.5的净化同样存在一定缺陷，如图1所示，其机理只是将污染源转移，将污染物束缚在一个局部高浓度的环境中，并不能分解污染物，随着吸附量的增大，存在着吸附饱和及二次污染问题。