[發(fā)明專利]一種植物纖維負(fù)載石墨烯制備紙基空氣過濾材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810154119.2
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108442179B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孔凡功;王守娟;延澤寧;趙明爽;邱揚;段文靜;韓文佳
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: D21H27/08
• 分類號: D21H27/08;D21H21/08;D21H21/18;D21H21/10
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發(fā)明提供了一種石墨烯紙的制備工藝，首先利用分散劑在高速攪拌的條件下，將石墨烯均勻分散制備懸浮液，然后利用聚氧化乙烯等分散劑將植物纖維分散到水中，得到懸浮液并保持?jǐn)嚢瑁瑢⒁逊稚⒑玫氖腋∫喊凑找欢ǖ谋壤砑又林参锢w維的水分散體系中，混合均勻后，在助留劑(聚丙烯酰胺)作用下完成吸附負(fù)載，之后加入增強劑(陽離子淀粉、陽離子瓜爾膠)，脫水成形經(jīng)過壓榨、干燥后得到石墨烯紙基空氣過濾材料。通過此工藝制備的過濾材料過濾精度高、透氣性好、韌性好、強度高，可作為優(yōu)質(zhì)高效空氣過濾材料，同時大部分利用植物現(xiàn)為環(huán)保可降解，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空氣過濾紙基材料領(lǐng)域，特別涉及一種含有石墨烯的紙基過濾材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著空氣污染的日益加重，空氣中的污染物特別是細(xì)顆粒污染物(PM2.5)是造成霧霾的重要因素之一。與此同時，細(xì)小顆粒污染物因為其比表面積非常大，空氣中的有害物質(zhì)如細(xì)菌、病毒等容易吸附在其表面，嚴(yán)重影響人們的健康和生活質(zhì)量。隨著人們環(huán)保、安全、健康意識的日益增強，對空氣凈化裝置和材料的需求逐漸增大。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，所以又叫做單原子層石墨。石墨烯常見的粉體生產(chǎn)的方法為機械剝離法、氧化還原法、SiC外延生長法，薄膜生產(chǎn)方法為化學(xué)氣相沉積法(CVD)。由于其十分良好的強度、柔韌、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、光學(xué)特性，在物理學(xué)、材料學(xué)、電子信息、計算機、航空航天等領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展。由于石墨烯具有較大的比表面積，其吸附能力是普通活性炭吸附材料的數(shù)倍，其在過濾材料領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。

目前大部分空氣凈化材料通常采用干法或濕法成形工藝，制備得到無紡布或紙基過濾材料，選用的合成纖維有聚烯烴纖維、聚酯纖維、聚苯硫醚纖維等；天然纖維有針葉木纖維、闊葉木纖維、麻纖維、棉纖維等。天然纖維具有很好的物理過濾截留作用、透氣性、可降解性。

石墨烯在空氣過濾材料制備的方法基本通過兩種方法獲得。一是采用將石墨烯填充到有機基體中通過紡絲得到石墨烯復(fù)合纖維，然后通過無紡成形制備得到具有石墨烯或功能化石墨烯的過濾材料，如專利CN201610296734.8一種應(yīng)用于凈化空氣的過濾膜材料及其制備方法、201510012953.4一種聚偏氟乙烯-氧化石墨烯復(fù)合中空纖維膜的制備方法專利利用石墨烯與有機體的混紡成纖制備負(fù)載石墨烯的纖維，該類方法主要是靠高分子基材的粘結(jié)和包裹作用完成石墨烯的負(fù)載，大大降低了石墨烯的比表面積和吸附作用的發(fā)揮。二是利用石墨烯制備功能性石墨烯涂料，然后用其對無紡布或紙基材料進(jìn)行表面涂飾得到負(fù)載石墨烯涂層的過濾材料。該方法一方面由于涂布液的涂飾和浸漬受無紡布或紙基材料結(jié)構(gòu)和空隙的影響，因此很難控制石墨烯涂料在基材的分布均勻性，特別是材料Z向的石墨烯分布均勻性更差。另一方面石墨烯涂層的強度來源于其中的膠黏劑組分，若要獲得牢固的涂層結(jié)合強度必須添加足夠的膠黏組分，過濾材料的透氣度將大大降低，影響試用，同時也會大大影響石墨烯的性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種石墨烯空氣過濾紙基材料的制備方法，該方法制備的纖維過濾材料具有膠黏劑含量少、石墨烯分布均勻且最大限度保持其吸附特性的特點。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種植物纖維負(fù)載石墨烯制備紙基空氣過濾材料，該過濾材料是由以下的重量份數(shù)的物質(zhì)制備而成，分別為纖維100份、石墨烯5～20份、增稠劑0.1～3份、助留劑0.05～0.15份、增強劑0.5～3份、分散劑0.2～0.8份。

該配比可以完成石墨烯充分的負(fù)載在纖維上的過程，制備過程中使用的添加劑種類有增稠劑、駐留劑、增強劑、分散劑，使石墨烯的負(fù)載過程中使用的膠黏劑的量降低，同時使用添加劑使石墨負(fù)載在纖維表面或縫隙內(nèi)，提高了石墨烯的有效表面積，使石墨烯的吸附作用的增強，提高了石墨烯在纖維表面的均勻度。