[发明专利]一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法

说明书

本发明提供一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将石墨与高锰酸钾混合，再加入浓硫酸和浓磷酸按，于60～90℃加热条件下反应5～8小时；步骤2：步骤1获得的混合溶液中加入冰块；步骤3：再加入过氧化氢溶液；步骤4：用水和乙醇反复离心漂洗获得的产物3‑5次；步骤5：利用液氮或固态二氧化碳对溶液进行强制冷却；步骤6：通过减压加热蒸馏的方式进行处理后获得多孔石墨烯空气凝胶滤芯。本发明提供的一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法，以石墨烯为原材料的滤芯制备工艺，解决相关滤芯产品来源单一问题，在保证空气过滤质量的同时，还有工艺流程简单，生产成本低，制备过程环保等优势。

技术领域

本发明涉及空气过滤技术领域，具体是一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法。

背景技术

由于新型冠状肺炎(COVID-19)隐患尚在，且目前国内大部分地区将进行安全有序的复工生产，通过空气过滤设备如口罩或空气过滤器对空气进行过滤净化是防止新冠病毒传播的有效途径。而基于无纺布为原材料的过滤芯原料单一，使相关产品的供应产生了不稳定的影响。

利用液相还原自组装技术将石墨烯自组装成拥有三维网络结构的石墨烯气凝胶，可达到缓解石墨烯片层之间的堆叠趋势、增强材料整体的机械压缩强度、提升材料的比表面积等目的，此技术的进一步优化还在科学研究中，目前难以进行较大规模气凝胶生产，且相关工艺原料损耗较大。

发明内容

针对上述提出的难以进行较大规模生产气凝胶且原料损耗大的问题，本发明提供一种改进的氧化石墨烯制备及原位气凝胶滤芯制备工艺，用该工艺原料耗损将降至5％，且相关气凝胶滤芯具有高速过滤空气中PM2.5以及PM10的能力。

具体技术方案为：

一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将石墨与高锰酸钾混合，再加入浓硫酸和浓磷酸按，于60～90℃加热条件下反应5～8小时；

步骤2：步骤1获得的混合溶液中加入冰块；

步骤3：再加入过氧化氢溶液；

步骤4：用水和乙醇反复离心漂洗获得的产物3-5次；

步骤5：利用液氮或固态二氧化碳对溶液进行强制冷却；

步骤6：通过减压加热蒸馏的方式进行处理后获得多孔石墨烯空气凝胶滤芯。

进一步的，步骤1中，所述的石墨与高锰酸钾混合物质量比为1:3；浓硫酸和浓磷酸体积比5～15:1。

步骤2中，所述的冰块与混合溶液按体积比2:1加入。

步骤5中，所述的强制冷却为在-60～-70℃温度下冷冻12～18h，强制冷却媒介为液氮或干冰。

步骤6中，所述的减压加热蒸馏的方式条件为，冷冻干燥机中干燥，冷阱温度不高于-68℃，真空环境气压不高于20Pa，持续干燥8～12h。

本发明提供的一种大批量制备石墨烯空气滤芯的制备方法，以石墨烯为原材料的滤芯制备工艺，解决相关滤芯产品来源单一问题，在保证空气过滤质量的同时，还有工艺流程简单，生产成本低，制备过程环保等优势。

氧化石墨烯纳米薄片拥有的超高表面积，其广泛的化学性质，使其在水处理和空气处理方面具有广阔的应用前景。但是氧化石墨烯对应的二维薄膜具有阻隔特性，不能快速有效过滤空气与水，且纳米薄片的叠加降低了有效的比表面积，降低了对空气和水处理的有效面积。本发明将公开将二维氧化石墨烯纳米片通过快速自组装成三维多孔结构作为空气滤芯，将有效的比表面积增加至5000m²/g，同时具有优异的空气透过速率以及优异的PM2,5,PM10过滤效果。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果：