[發明專利]一種兼具除臭及攔截PM1.0效果的空氣凈化材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710969254.8
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107754448B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 張辰;楊全紅;梁家琛;凌國維;肖菁;韓俊偉;陶瑩;游從輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01D39/14
• 分類號: B01D39/14;B01D46/00;B01D53/02;C01B32/184;C01B32/194
• 代理公司: 44322 廣東德而賽律師事務所
• 代理人: 葉秀進

本發明屬于空氣凈化材料技術領域，尤其涉及一種兼具攔截PM1.0與除臭的空氣凈化材料，材料具備主要由石墨烯片搭接形成的三維網狀層次孔結構，三維網狀層次孔結構包括隨機分布的大孔、中孔和小孔；大孔的孔容為0.05cm³/g～1.05cm³/g、孔徑大于1000nm；中孔的孔容為0.10cm³/g～1.20cm³/g、孔徑為100?1000nm；小孔的孔容為0.10cm³/g～1.40cm³/g、孔徑小于100nm；本發明提供的空氣凈化材料的表面和內部具有豐富和完善的層次孔結構，較大的比表面積和豐富的孔徑分布。這種層次孔的構建賦予了材料凈化效率高、氣流阻力小、除臭功效強的優點。

技術領域

本發明屬于空氣凈化材料技術領域，尤其涉及一種兼具除臭及攔截PM1.0效果的空氣凈化材料及其制備方法。

背景技術

隨著工業的發展，中國的許多大中城市頻頻產生霧霾天氣，嚴重威脅著人民的身體健康和生命。霧霾天氣產生的機制很復雜，其化學成分也很復雜，病毒、病菌等可能會附著在大氣的顆粒物上，引發多種疾病。同時，人類活動產生的大量垃圾臭味、煙草臭味、廁所臭味、腳臭等惡臭嚴重的影響了人類正常的生產生活，如何對這些空氣污染物進行高效清理的問題正嚴重困擾著人類。

通常來說，粒徑在4.7～10μm的顆粒物可以進入鼻腔和喉嚨，這一階段是可逆的，人體可以咳出來；當粒徑達到2.5～4.7μm時，顆粒物就會進入氣管和支氣管；達到2.5μm以下時，即PM2.5，顆粒物將進入支氣管末端；當顆粒物直徑降低到1μm以下時，就形成了PM1.0，這種細顆粒物就可以進入肺泡血液，對人體健康造成極大的影響。與其余各種細顆粒物相比，PM1.0顆粒具有在大氣中停留時間長、輸送距離遠、攜帶有害物質多等特點，應當作為未來防治霧霾工程中首要的攔截目標。空氣中的臭氣成分主要包含氨氣、胺類等氮化合物，硫化氫、甲基硫醇等硫系化合物，醋酸、異戊酸等脂肪酸，甲醛、乙醛等醛類。伴隨著近年來人類居住環境的改善，室內的氣密性提高，惡臭氣體對人類生存質量的影響愈加嚴重。

目前控制和消除霧霾的研究多聚焦于對PM2.5的過濾，而關于如何更精細化、更有效攔截PM1.0的工作卻鮮有報道。傳統的防塵防霾材料，孔隙直徑過大，根本無法有效阻止微米級的顆粒。市場上雖然也出現了許多新型防霾濾材，這些材料通常都是通過增加厚度和層數來實現其攔截功能，不僅透氣性差，同時對于PM1.0這種粒徑的細顆粒物基本沒有攔截效果。此外，人們去除空氣中惡臭氣體的需求也不容忽視。目前已知的常用除臭材料有活性炭、二氧化硅、活性氧化鋁、海泡石、天然或合成的沸石等各種鋁硅酸鹽，但是，這些固體除臭劑只對酸性臭氣或堿性臭氣等特定的臭氣有效果，大多稱不上具有充分的除臭效果。雖然也已經開發出多種利用金屬離子配位鍵合作用同時吸附多種惡臭的除臭材料，但是它們負載金屬離子能力普遍較差，無法充分發揮除臭作用。所以，需開發一種具有優異攔截性能和透氣性能、能夠有效阻擋PM1.0等大氣污染物，同時兼具良好除臭效果并且制備工藝簡單，成本低廉的過濾材料。

自2004年被發現以來，石墨烯這種具有二維晶體結構的材料立即引起了學術和工業界極大的興趣。近年來，因其優異的力學性能和吸附性能，石墨烯在吸附及攔截空氣污染物方面的應用成為新的研究焦點。

經過檢索發現公開號為CN105266238A的中國發明專利申請公開了“一種基于氧化石墨烯的綠色防霾口罩及其制備方法”，該防霾口罩主要是在無紡布上噴涂一定濃度一定體積的抗菌材料氧化石墨烯-單寧酸-納米銀溶液，這種材料不僅起到過濾和抗微生物的雙重作用，其對細菌真菌等微生物也有強大的抑制殺滅作用。但是其滴涂的方式會造成基材孔隙的堵塞，降低材料的透氣性能，給使用者帶來呼吸不暢的不適感。

經過檢索發現公開號為CN104525107A的中國發明專利申請公開了“一種石墨烯基防霧霾口罩濾材及其制備方法”，該口罩濾材是氧化石墨烯組裝的三維石墨烯海綿結構，通過改變交聯劑的加入量可以實現對氧化石墨烯尺寸和形狀的調控。但是交聯劑的加入使得濾材孔隙較小，氣阻較大，極大地影響了口罩的佩戴舒適性。