[发明专利]一种空气净化用石墨烯海绵材料

说明书

本发明提供了一种空气净化用石墨烯海绵材料，由以下重量份的原料组成：石墨烯纳米片，重量份为25‑35份；二氧化钛，重量份为12‑20；纳米氧化锆，重量份为5‑20；硅酸钠，重量份为10‑15；石母粉，重量份为6‑9；羟丙基甲基纤维素，重量份为1‑4；聚丙烯腈碳纤维，重量份为2‑5；羟甲基淀粉，重量份为1‑3；滑石粉，重量份为2‑5；己二醇二丙烯酸酯，重量份为2‑3；环氧纳米二氧化硅，重量份为2‑4；三氧化二铁，重量份为2‑3；纳米二氧化硅，重量份为1‑3。本发明石墨烯海面材料采用氧化石墨烯的水溶液作为原料，得到了含有丰富孔结构的三维材料，控制石墨烯海绵的表面性质以及孔结构。该石墨烯海绵对有害气体甲醛、二氧化硫、氨气、二氧化碳等气体显示出良好的吸附性能。

技术领域

本发明涉及环保科技技术领域，尤其涉及一种空气净化用石墨烯海绵材料。

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

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种空气净化用石墨烯海绵材料，由以下重量份的原料组成：

石墨烯纳米片，重量份为25-35份；

二氧化钛，重量份为12-20；

纳米氧化锆，重量份为5-20；

硅酸钠，重量份为10-15；

石母粉，重量份为6-9；

羟丙基甲基纤维素，重量份为1-4；

聚丙烯腈碳纤维，重量份为2-5；