[发明专利]一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法。

背景技术

甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮等气体是生活与工业污染中的污染气体。尤其，室内空气中甲醛已经成为影响人类身体健康的主要污染物，冬天空气中的甲醛对人体的危害特别大，对眼、鼻、喉和皮肤等产生明显的刺激作用。吸附法作为一种物理化学方法，是空气净化中的一种重要方法之一，具备成本低廉、脱除效率高、无二次污染、易再生等优势。众多吸附材料中，碳材料是一种应用最为广泛的吸附材料。

凭借优异的力学、热学及电学性能，石墨烯凭借其优异的力学、热学及电学性能使其具有十分广阔的应用前景。与薄膜状、粉末状的石墨烯比，海绵状石墨烯不仅在微观上具有纳米材料的本质特征，而且在宏观上又表现出多孔材料的固有性能。海绵状石墨烯具有更大的比表面积和表面性能、更高的孔隙率及更疏松的表面结构，在水处理、空气净化、催化剂载体等领域具有更大的应用价值。

现有的海绵状石墨烯主要采用以下三种制备方法：氧化石墨法，把高浓度的氧化石墨烯置于180℃的水热环境中便得到还原型石墨烯水凝胶，或将还原剂如NaHSO4、Na2S、抗坏血酸等放入高浓度的石墨溶液中，在低温低压下制得；化学气相沉积法，Chen等用化学气相沉积法在模板上沉积得到石墨烯海绵材料，该法包括把CH4在常压条件下加热到1000℃，石墨烯薄膜在三维泡沫镍的模板上沉积，一层PMMA薄膜随即沉积在石墨烯薄膜表面。当泡沫Ni用盐酸等溶液腐蚀后，用热的C3H6O去除掉PMMA薄膜；有机溶胶凝胶法，超轻的石墨烯气凝胶可以通过把氧化石墨烯加入到间苯二酚与HCHO的溶液中，在NaCO3催化作用下的溶胶凝胶聚合，然后在高温下裂解制备得到。这种石墨烯气凝胶的导电率是1.0S/cm，比表面积在584m²/g，所以这种材料非常适合用于能量储存方面的应用。

近年来，石墨烯海绵的制备与应用越来越引起广泛的关注，也取得了长足的进步，但也存在以下问题：1、需要更深入的了解其形成机理，以制备出孔隙、形状等可控的石墨烯海绵材料；2、需进一步提升比表面积。从微观上讲，理想的石墨烯海绵最好由单层的石墨烯片组成，但现有方法无法满足该需求：3、要进一步探讨石墨烯海绵表面功能化的可行性。表面功能化对超级电容器、微生物燃料电池等均有很好的促进作用。因此需要提供一种制备简单、低成本低廉、性能优异的石墨烯海绵材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法，所述石墨烯海绵压缩性能好，且制备方法简单、成本低，该石墨烯海绵对净化甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮或二氧化碳等具有良好的吸附性能及其吸附的循环性能。

为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种空气净化用石墨烯海绵：所述海绵上负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.5，其中纳米银掺杂石墨烯复合材料层的质量占比为5～10％。

进一步地，所述纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.2mm。

一种制备上述空气净化用石墨烯海绵的方法，该方法包括如下具体步骤：

步骤1：在NMP溶液中加入膨胀石墨烯并利用超声分散均匀，得到单层石墨烯NMP溶液；

步骤2：将同样浓度的硝酸银水溶液和鞣酸水溶液先后滴加到单层石墨烯NMP溶液中制得纳米银石墨烯悬浮液，硝酸银与石墨烯的质量比在10～100范围内；

步骤3：将海绵浸没在步骤2所得的纳米银石墨烯悬浮液悬乳液，搅拌后进行超声，将海绵取出，用去离子水清洗，烘干，得到负载有纳米银掺杂石墨烯复合材料层的三聚氰胺海绵。

进一步地,所述单层石墨NMP溶液中石墨烯含量为0.05～0.2g/L。

进一步地，所述纳米银石墨烯悬浮液中石墨烯和纳米银的质量比为10～20:1。

进一步地，所述海绵为三聚氰胺海绵或聚氨酯海绵。

本发明的有益效果是：