[发明专利]一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法

说明书

本发明涉及空气过滤膜领域，公开了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法。包括如下制备过程：（1）将聚偏氟乙烯加入到N,N‑二甲基甲酰胺制成纺丝液；（2）在静电纺丝的纤维热牵引装置中添加浴槽装置；（3）将氧化石墨烯分散在N‑甲基吡咯烷酮制成氧化石墨烯浴液；（4）将浴液加入浴槽装置中；（5）在γ射线Co60的照射下进行静电纺丝，制得氧化石墨烯/聚偏氟乙烯纤维复合纳米膜。本发明通过静电纺丝热牵引将氧化石墨均匀分散在聚偏氟乙烯表面，制备的纤维直径分布范围较窄，直径尺寸均匀，对空气中微小颗粒的捕捉能力强，用于空气过滤时具有极好的效果。

技术领域

本发明涉及空气过滤膜领域，公开了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法。

背景技术

目前，环境污染已经越来越严重，空气污染尤其更甚，雾霾带来的危害已引起全世界的关注，而最有效的空气净化方法则是过滤，因此空气过滤材料的研究和开发更是成为了研究重点。但目前石棉纤维、聚酯与聚丙烯腈等合成纤维、玻璃纤维等传统的空气过滤材料，仅对粒径大于0.3μm的颗粒才能具有有效的过滤，对粒径比较小的颗粒及病原体则几乎无效，因此，对微小颗粒的过滤材料成为研究的热点。

在过滤微小颗粒的纤维滤材的制备方面，静电纺丝技术已引起了广泛关注。由于静电纺丝工艺简单，并且可以连续制备，用静电纺丝技术制备的纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、纤维均一性好等优点，使其在过滤及防护等领域表现出巨大的应用前景。同时，纤维滤材的材质也是影响过滤效果的关键。

在纤维滤材的材料中，石墨烯是单原子层二维蜂巢状晶格结构的原子晶体材料，厚度小，但具有非常良好的物理化学性质，石墨烯的导热性和拉伸性能突出，比表面积大，电学性能优异，同时还具有一定的抗菌活性，但是石墨烯极易团聚。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，具有很好的亲水性、较高的比表面能以及机械性能，其含有丰富的含氧官能团，能稳定地分散在绝大多数极性有机溶剂中，因此可以与多种聚合物基体复合。目前制备氧化石墨稀的方法很多，化学剥离法得到的氧化石墨烯形态更接近单层结构，而且该方法成本相对较低，原料易得，因而引起了人们的广泛关注。

中国发明专利申请号201710736592.7公开了一种功能化石墨烯修饰的空气过滤膜及其制备方法，及高效低阻的纳米纤维复合滤膜，该复合滤膜包括：无纺布基底支撑层、静电纺丝复合纤维致密层两部分，功能化石墨烯调整了致密分离层的结构，纤维和串珠结构产生分子滑移效应，从而显著降低了滤膜空气阻力。此外，功能化石墨烯的高表面积和丰富的表面官能团提高了滤膜的空气过滤效率。其制备方法如下：配置不同浓度的功能化石墨烯和高分子混合溶液，以无纺布作为接收基底，采用静电纺丝法制备纳米纤维复合滤膜，该滤膜可高效低阻地过滤空气中的烟雾、花粉、PM2.5等细小颗粒物，实现空气净化，也可以用于个人防护装置(如口罩)，有益于人体健康。

中国发明专利申请号201610092707.9公开了一种空气过滤石墨烯纤维膜的制备方法，属于纤维材料技术领域。该制备方法经过石墨烯分散溶液的制备、增粘溶液的制备、石墨烯纺丝液的制备、离心纺丝与成膜、石墨烯纤维膜的后处理后制备成石墨烯纤维膜。该发明制备的石墨烯纤维膜中，石墨烯呈现取向性纤维状排列，无包覆且完全裸露在空气中，同时依靠在由氢键力构建的聚乙烯醇纳米纤维力学支架上，石墨烯纤维膜与空气接触面积大，有利于空气过滤功能的实现。该制备方法工艺简单，设备要求低，操作控制方便，易于实现工业化生产，无需特殊设备。

根据上述，现有方案中用于空气过滤的传统材料对粒径比较小的颗粒无法过滤，而石墨烯用于功能纤维制备空气过滤材料的技术不成熟，制备的纤维直径分布广，纤维直径尺寸不均匀，导致过滤效果差，影响了石墨烯纤维在空气过滤材料方面的应用，本发明提出了一种用于空气净化的氧化石墨烯复合纳米膜及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的空气过滤的材料对粒径比较小的颗粒无法有效过滤，而石墨烯用于功能纤维制备空气过滤材料时，存在制备技术不成熟，纤维直径分布广，纤维直径尺寸不均匀，导致过滤效果差的缺点。