本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種過(guò)濾棉，具體來(lái)說(shuō)是一種含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉及其制備方法。

背景技術(shù)：

雖然現(xiàn)如今空氣污染的趨勢(shì)在國(guó)家的大力治理下得到了抑制，但我國(guó)部分的空氣仍對(duì)人體的健康構(gòu)成一定程度的威脅，尤其是肺部疾病的案例越來(lái)越多。人們的活動(dòng)范圍主要是家庭和工作場(chǎng)所，考慮到維持優(yōu)良的空氣質(zhì)量，需要進(jìn)行一定的空氣循環(huán)，并對(duì)循環(huán)空氣進(jìn)行過(guò)濾凈化，這就需要用到過(guò)濾棉?，F(xiàn)市面上應(yīng)用的主要是純過(guò)濾棉，用以防塵或是活性炭過(guò)濾棉過(guò)濾部分有害氣體。

活性炭過(guò)濾棉采用通孔結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體，適用于空氣過(guò)濾系統(tǒng)精細(xì)過(guò)濾和高效過(guò)濾器過(guò)濾。其適用載體范圍較窄，且不能保證可以均勻的分散在載體中，不易與載體協(xié)同過(guò)濾氣體，且其活性炭用量較多，還要考慮與載體的結(jié)合程度，這些都限制了活性炭過(guò)濾棉的使用。因此需要開發(fā)一種可以更高效更均勻分散在載體中，載體適用范圍更廣，質(zhì)量更輕，并可以與載體協(xié)同作用，資源節(jié)約的過(guò)濾棉填充材料。

目前公開的專利主要有：

蘇州新區(qū)楓橋凈化設(shè)備廠的俞曉東發(fā)明的一種活性炭過(guò)濾棉，專利號(hào)201410036615，該專利將活性炭顆粒均勻分布于過(guò)濾棉內(nèi)部，且過(guò)濾棉的頂面和底面均粘結(jié)有保護(hù)膜層。該方法制得的活性炭過(guò)濾棉中活性炭的分布均勻程度較低，且與過(guò)濾棉結(jié)合不夠緊密。

江蘇科凈炭纖維有限公司的楊建軍等人發(fā)明的新型活性炭纖維過(guò)濾棉，專利號(hào)201320102790，該專利過(guò)濾棉包括上、下滌綸粗纖維層，上、下滌綸粗纖維層之間設(shè)置1-2層活性炭纖維層。該方法制備工藝需要層間設(shè)置活性炭纖維層，不能與粗纖維層有效協(xié)同過(guò)濾。

杭州締星纖維科技有限公司的呂澤圣發(fā)明的一種高效空氣過(guò)濾棉，專利號(hào)201020290772。該專利中的過(guò)濾棉包括直立棉層，其底面復(fù)合有熔噴纖維層，所述的直立棉層為經(jīng)過(guò)剖層處理的直立棉，用以捕捉粉塵顆粒，底面復(fù)合的熔噴纖維層為超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)起過(guò)濾作用，該過(guò)濾棉需要在過(guò)濾棉制備工藝中加入新的工序，增加了制備復(fù)雜程度，且不能有效過(guò)濾有毒氣體。

東莞市蓮盈棉制品有限公司的王征發(fā)明的一種新型過(guò)濾棉，專利號(hào)200820178490。該新型過(guò)濾棉包括針刺棉和纖維絮片，針刺棉和纖維絮片多層交叉疊合，其纖維絮片為滌綸，該方法對(duì)有害氣體不能有效過(guò)濾。

綜上所述，目前的過(guò)濾棉都存在不能有效過(guò)濾有害氣體，或是填充物分布不均勻，不能與載體協(xié)同脫除污染物的問題。因此迫切需要尋求一種體積密度小，比表面積大、吸附效率高，可廣泛用于處理含有不利于人體健康和工作環(huán)境的有機(jī)氣體、和含有粉塵和微量重金屬的各類氣體的過(guò)濾棉，或者能夠?qū)U氣進(jìn)行吸附濃縮、凈化后可直接排放的過(guò)濾棉。本制備工藝就是基于這些理念而研發(fā)制作的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉及其制備方法，所述的這種含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉及其制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的過(guò)濾棉過(guò)濾有害氣體的效果不佳的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉，由過(guò)濾棉構(gòu)成，所述的過(guò)濾棉中含有氧化石墨烯。

本發(fā)明還提供了上述的一種含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉的制備方法，包括如下步驟：

(1) 一個(gè)制備氧化石墨烯溶液的步驟，采用化學(xué)氧化法制備氧化石墨，洗滌至中性后，超聲剝離，得到氧化石墨烯分散液；

(2) 一個(gè)浸漬過(guò)濾棉的步驟，將過(guò)濾棉浸漬于步驟（1）所得的氧化石墨烯分散液中，分散液至少?zèng)]過(guò)過(guò)濾棉；

(3) 一個(gè)冷凍的步驟，將步驟（2）所得的過(guò)濾棉置于冷凍干燥機(jī)的冷凍腔內(nèi)，使其凝固為固體；

(4) 一個(gè)干燥的步驟，將步驟（3）所得的過(guò)濾棉抽真空，保持低溫使溶劑升華，得到含有氧化石墨烯的氣體過(guò)濾棉。

進(jìn)一步的，在所述的制備氧化石墨烯溶液的步驟中，將天然鱗片石墨與加入到硫酸和磷酸體積比為9:1組成的混酸中，在高壓反應(yīng)釜中混合均勻，天然鱗片石墨和混酸的質(zhì)量體積比為0.1-1g：50ml，在低于20℃的條件下緩慢加入高錳酸鉀，高錳酸鉀和天然鱗片石墨的質(zhì)量比為1-5g：0.1-1g，密封反應(yīng)釜，升溫至50-80℃反應(yīng)3~9h后，冷卻至室溫，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜取出并稀釋至4~6倍的體積，然后加入雙氧水，所述的雙氧水和 天然鱗片石墨的質(zhì)量體積比為10ml：0.1-1g；得亮黃色的氧化石墨溶液；接著用質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%稀鹽酸酸洗滌后，再用去離子水離心洗滌，至上清液pH為5~7，超聲分散氧化石墨，超聲功率100-200W，得到氧化石墨烯分散液。

進(jìn)一步的，所述的高壓反應(yīng)釜中的壓力為10MPa≤p＜100.0MPa 。

進(jìn)一步的，所述的硫酸的質(zhì)量百分比濃度為70~98%；所述的磷酸硫酸的質(zhì)量百分比濃度為80~98%。

進(jìn)一步的，所述步驟（2）中，氧化石墨烯分散液的濃度為0.01-2mg/ml，所用溶劑為去離子水或鹽溶液。

進(jìn)一步的，所述的過(guò)濾棉為市場(chǎng)出售的合成纖維過(guò)濾棉、無(wú)紡布過(guò)濾棉、玻璃纖維過(guò)濾棉、活性炭過(guò)濾棉，或自制過(guò)濾棉。

進(jìn)一步的，冷凍溫度低于0℃。

進(jìn)一步的，抽真空真空度小于100Pa，保持溫度低于室溫即可。

本發(fā)明采用化學(xué)法制備氧化石墨后，洗滌至中性，超聲剝離后得到一定濃度的氧化石墨烯分散液，將過(guò)濾棉浸漬于懸浮液中，冷凍干燥，即可得到絮狀氧化石墨烯均勻填充在過(guò)濾棉內(nèi)部的氧化石墨烯過(guò)濾棉。由于氧化石墨烯含有豐富的含氧官能團(tuán)，通過(guò)上述方法得到的過(guò)濾棉可以氧化空氣中的有毒氣體，凈化空氣，且增大了比表面積，提高了過(guò)濾棉的過(guò)濾效果和吸附性能，可以吸附空氣中的PM2.5等細(xì)小顆粒物，可廣泛應(yīng)用于空氣凈化，口罩制作等行業(yè)中。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的過(guò)濾棉填充物體積密度小，比表面積大、吸附效率高，填充均勻且與載體結(jié)合緊密，可廣泛用于處理含有不利于人體健康和工作環(huán)境的有機(jī)氣體、和含有粉塵和微量重金屬的各類氣體。該過(guò)濾棉能夠?qū)U氣進(jìn)行吸附濃縮、凈化后可直接排放。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的氧化石墨烯過(guò)濾棉的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明絮狀氧化石墨烯的SEM圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施案例。

本發(fā)明所用SEM(掃描電鏡)采用Philips XL30 型電子顯微鏡。

實(shí)施例1

(1) 制備氧化石墨烯：將0.5g天然鱗片石墨與50ml濃硫酸/濃磷酸體積比為9:1組成的混酸在高壓反應(yīng)釜中混合均勻，在低于20℃的條件下緩慢加入4g高錳酸鉀，密封反應(yīng)釜，升溫至80℃反應(yīng)3h后，冷卻至室溫，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜取出并稀釋至200ml，然后加入10ml雙氧水得亮黃色的氧化石墨溶液；接著用質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%稀鹽酸酸洗滌5次后，用去離子水離心洗滌，至上清液pH為5~7，，超聲分散氧化石墨2h，超聲功率200W。得到氧化石墨烯分散液；

(2) 浸漬過(guò)濾棉：活性炭過(guò)濾棉浸漬于濃度為0.01mg/ml分散液中，分散液沒過(guò)合成纖維過(guò)濾棉；

(3) 冷凍：步驟（2）所得浸漬后過(guò)濾棉置于冷凍干燥機(jī)的冷凍腔內(nèi)，-50℃使其凝固為固體。

(4) 干燥：抽真空，真空度小于10Pa，保持低于0℃，低溫使溶劑升華，得到氧化石墨烯過(guò)濾棉。

實(shí)施例2

(1) 制備氧化石墨烯：取用實(shí)施例1得到氧化石墨烯分散液；

(2) 浸漬過(guò)濾棉：無(wú)紡布過(guò)濾棉浸漬于濃度為0.1mg/ml分散液中，分散液沒過(guò)合成纖維過(guò)濾棉。

(3) 冷凍：步驟（2）所得浸漬后過(guò)濾棉置于冷凍干燥機(jī)的冷凍腔內(nèi)，-50℃使其凝固為固體。

(4) 干燥：抽真空，真空度小于10Pa，室溫下使溶劑升華，得到氧化石墨烯過(guò)濾棉。

實(shí)施例3

(1) 制備氧化石墨烯：取用實(shí)施例1得到氧化石墨烯分散液；

(2) 浸漬過(guò)濾棉：玻璃纖維過(guò)濾棉浸漬于濃度為1mg/ml分散液中，分散液沒過(guò)合成纖維過(guò)濾棉。

(3) 冷凍：步驟（2）所得浸漬后過(guò)濾棉置于冷凍干燥機(jī)的冷凍腔內(nèi)，-20℃使其凝固為固體；

(4) 干燥：抽真空，真空度小于10Pa，室溫下使溶劑升華，得到氧化石墨烯過(guò)濾棉。

實(shí)施例4

(1) 制備氧化石墨烯：取用實(shí)施例1得到氧化石墨烯分散液；

(2) 浸漬過(guò)濾棉：合成纖維過(guò)濾棉浸漬于濃度為2mg/ml分散液中，分散液沒過(guò)合成纖維過(guò)濾棉。

(3) 冷凍：步驟（2）所得浸漬后過(guò)濾棉置于冷凍干燥機(jī)的冷凍腔內(nèi)，-20℃使其凝固為固體；

(4) 干燥：抽真空，保持低溫使溶劑升華，得到氧化石墨烯過(guò)濾棉。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。