濾芯及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣體中顆粒物的過濾，具體涉及一種濾芯及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生存的環(huán)境受到了嚴重的污染。特別是近幾年國內(nèi)開始大 范圍出現(xiàn)霧霾天氣。霧霾天氣空氣中的污染物成分非常復(fù)雜。有害健康的主要是直徑顆粒 小于IOum的氣溶膠粒子，最近尤其是直徑小于2. 5um的顆粒，即PM2. 5。對于這些PM2. 5， 對人體危害特別大，因為這些顆粒的表面上會負載有大量的有害致癌物質(zhì)，且由于這些顆 粒非常小，可以很容易進入肺泡，進而進入血液中，因此危害極大。傳統(tǒng)的防塵防霾口罩，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(xiàn)了許多新型的防霾口罩， 這些口罩不是通過增加厚度，就是增加層數(shù)或摻入其它物質(zhì)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。但實際使 用效果非常差，有許多專家已對市場口罩做了測試，目前來說還沒有非常有效的口罩。
[0003] 經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)專利公開號為"CN203152561U"，公開了名為"一種除菌防塵口罩"的 實用新型專利，該除菌防塵口罩主要是在無紡布或紗布上涂覆有納米石墨烯涂層或納米二 氧化鈦涂層或納米二氧化鈦與納米石墨烯復(fù)合涂層，納米級別的石墨烯材料具有更大的比 表面積，可以吸附周圍空氣中的一些灰塵等無機小分子顆粒。申請人按照該專利披露的工 藝，經(jīng)過實驗性的制作并試用上述除菌防塵口罩，發(fā)現(xiàn)口罩存在以下問題：
[0004] 第一，上述口罩在使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)附著在無紡布表面上的石墨烯涂層容易 掉落，形成污染物。初期申請人并沒有在意石墨烯涂層掉落，在更換新的口罩后，也存在同 樣的問題，表明石墨烯涂層與無紡布之間的粘附性差；
[0005] 第二，上述口罩在使用時，使用者會出現(xiàn)呼吸不暢的現(xiàn)象；
[0006] 對于以上兩點缺陷，申請人以口罩的制備工藝作為出發(fā)點進行了長時間的研宄和 分析，卻沒有發(fā)現(xiàn)工藝本身對石墨烯涂層產(chǎn)生上述影響。在工藝上沒有找到問題后，繼續(xù) 對缺陷產(chǎn)生的原因進行查找，最終終于發(fā)現(xiàn)是由于石墨烯材料本身的因素導(dǎo)致了缺陷的存 在，具體為：由于石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維（2D)周期蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了石墨 烯對無水乙醇溶液具有排斥作用，造成石墨烯在無水乙醇溶液中分散性較差，這樣的情況 使得一方面很難將石墨烯均勻的涂覆在無紡布上，另一方面即使附上之后因為較差的粘附 性也很容易使石墨烯涂層掉落。另外，對石墨烯涂層經(jīng)過X射線衍射譜發(fā)現(xiàn)，由于石墨烯的 層間距小，且在使用一段時間后，顆粒物對石墨烯涂層形成堵塞，從而造成使用者的呼吸不 暢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問題：針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種濾芯，本發(fā)明的濾芯具 有過濾效果好并且濾層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會發(fā)生脫落。
[0008] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種濾芯，包括透氣載體，所述透氣載體的至少一個表面上設(shè) 置有氧化石墨烯層。
[0009] 所述氧化石墨稀層的厚度為Inm -500um〇
[0010] 所述的濾芯還包括透氣層，該透氣層與透氣載體連接后，氧化石墨烯層位于透氣 層和透氣載體之間。
[0011] 所述透氣層與透氣載體通過超聲波壓合成為一體。
[0012] 本發(fā)明制備濾芯的方法包括以下步驟：
[0013] 步驟1，將氧化石墨在溶劑中分散，得到質(zhì)量分數(shù)為0. 01 % - 5%的氧化石墨烯溶 液或氧化石墨烯凝膠；
[0014] 步驟2,將步驟1的氧化石墨烯溶液或氧化石墨烯凝膠通過噴涂、浸漬、刮涂、絲網(wǎng) 印刷或刷涂的方式附著于透氣載體的表面，在透氣載體的表面形成氧化石墨烯層；
[0015] 步驟3,將步驟2的附著有氧化石墨烯層的透氣載體進行干燥。
[0016] 當(dāng)氧化石墨烯的質(zhì)量分數(shù)為：0. 01 % - 0. 9%時，采用噴涂或浸漬的方法在透氣載 體的表面形成氧化石墨烯層。
[0017] 當(dāng)?shù)难趸┵|(zhì)量分數(shù)為：0.9% - 5%時，采用刮涂或絲網(wǎng)印刷或刷涂等方法 在透氣載體的表面形成氧化石墨烯層。
[0018] 本發(fā)明的濾芯的應(yīng)用在于，該濾芯作為空氣過濾層應(yīng)用于口罩、空調(diào)過濾器、空氣 凈化器。
[0019] 有益效果：本發(fā)明將氧化石墨烯層與透氣載體制作成為濾芯，對于微米級別的顆 粒，氧化石墨烯層不但能夠非常有效的將其濾除掉，而且氧化石墨烯層與透氣載體結(jié)合后 非常牢固。這得益于氧化石墨烯具有大量的含氧官能團如羧基、羥基等，這些官能團具有非 常大用處：第一，這些官能團可以提供有效的吸附點或攔截點，即這些官能團可以用來吸附 微顆粒，同時還可以攔截這些微顆粒；第二，這些官能團可以和透氣載體上的官能團結(jié)合， 從而使氧化石墨烯層可以牢固的結(jié)合在透氣載體上，防止脫落，造成污染；第三，這些官能 團可以有效的將氧化石墨烯片層撐開，在起到過濾作用的同時，可以增加呼吸的順暢度。上 述這些優(yōu)點都是石墨烯所不具有的。
[0020] 本發(fā)明中的氧化石墨稀層厚度可以做到Inm -500um，因此，整個結(jié)構(gòu)簡單超薄，使 用方便，通氣性好，呼吸順暢；
[0021] 本發(fā)明的濾芯在增加了透氣層后，透氣層負責(zé)過濾粒徑較大的顆粒，增加容塵量， 減輕氧化石墨烯層的過濾負擔(dān)，同時賦予口罩濾芯柔軟結(jié)實美觀的外形風(fēng)格。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明中的濾芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為氧化石墨烯與石墨烯片的結(jié)構(gòu)比較示意圖，
[0024] 圖3為氧化石墨烯與石墨烯的紅外光譜示意圖；
[0025] 圖4為氧化石墨烯和石墨烯的X射線衍射譜的示意圖；
[0026] 圖5為采用本發(fā)明的濾芯制成的口罩的示意圖；
[0027] 圖6為各本發(fā)明的口罩與其他種類的口罩的防霾效果比較圖；
[0028] 圖7為空調(diào)過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖8為空氣凈化器的結(jié)構(gòu)示意。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)及性能作進一步說明。顯然，所描述 的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0031] 如圖1所示，本發(fā)明的濾芯A，包括透氣載體1，透氣載體1可以是無紡布、紗布、濾 紙等，所述透氣載體1的至少一個表面上設(shè)置有氧化石墨烯層2。氧化石墨烯層2附著在 透氣載體1表面上的過程為：先將氧化石墨在溶劑中分散，得到質(zhì)量分數(shù)為〇. 01 %-5%的 氧化石墨烯溶液或氧化石墨烯凝膠；其次將氧化石墨烯溶液或氧化石墨烯凝膠通過噴涂、 浸漬、刮涂、絲網(wǎng)印刷、刷涂的方式附著于透氣載體的表面，在透氣載體的表面形成氧化石 墨烯層；隨后將附著有氧化石墨烯層的透氣載體進行干燥。其中，當(dāng)上述的氧化石墨烯的 質(zhì)量分數(shù)為：〇. 01% - 〇. 9%時，采用噴涂或浸漬的方法在透氣載體的表面形成氧化石墨烯 層。當(dāng)氧化石墨烯質(zhì)量分數(shù)為：0.9% - 5%時，采用刮涂或絲網(wǎng)印刷或刷涂等方法在透氣 載體的表面形成氧化石墨烯層2。通過上述方式，在透氣載體1的表面上形成的氧化石墨烯 層的厚度為Inm -500um，該氧化石墨稀層的厚度可以是lnm、10nm、20nm、50nm、lOOnm、lum、 10um、20um、50um、100um、200um、300um、400um、500um。還包括透氣層 3,透氣層 3 米用與透氣 載體1相同的材質(zhì)，例如為無紡布、紗布或者濾紙等可以使氣體通過的材質(zhì)。本實施例中， 只在透氣載體1的一個表面設(shè)置了上述的氧化石墨烯層2,因此，當(dāng)透氣層3與透氣載體連 接1后，氧化石墨烯層2位于透氣層3和透氣載體1之間。優(yōu)選地，所述透氣層3與透氣載 體1通過超聲波壓合成為一體。透氣層3與透氣載體1之間還可以采用縫合、粘結(jié)等方式 進行連接。
[0032] 一種制備所述濾芯的方法，包括以下步驟：步驟1，將氧化石墨在溶劑中分散，得 到質(zhì)量分數(shù)為〇. 01 % - 5%的氧化石墨烯溶液或氧化石墨烯凝膠；
[0033] 步驟2,將步驟1的氧化石墨烯溶液或氧化石墨烯凝膠通過噴涂、浸漬、刮涂、絲網(wǎng) 印刷、刷涂的方式附著于透氣載體的表面，在透氣載體的表面形成氧化石墨烯層；當(dāng)氧化石 墨烯的質(zhì)量分數(shù)為