[发明专利]一种空气过滤膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于抗污染空气过滤净化应用领域，涉及一种空气过滤膜及其制备方法，具体涉及一种应用石墨烯材料的超精细空气过滤膜结构及其制备方法。

背景技术

大气环境中的粉尘分为降尘和飘尘两种。所谓降尘是指大气中污染物由自身的重量而沉降的物质。所谓飘尘就是指尘粒在10μm以下的浮游粒子。粉尘中尤其是0.5～5μm的飘尘对人的危害最大，因为这类飘尘中含有多种有毒金属或致癌物。

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。一般空气中大于等于10μm的粉尘在主呼吸道中被拦截下来，大于等于2.5μm但小于10μm的粉尘颗粒通过主气管后，在支气管中被拦截下来。而PM2.5颗粒被人吸入，会进入肺泡，进入血液循环。与较大的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，含有大量有毒有害物质且在大气中的停留时间长、输运距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。《环境空气质量标准》新标准拟于2016年全面实施。京津冀、长三角、珠三角三大地区及九大城市群可能会被强制要求先行监测PM2.5的数据。如何避免吸入这种细小的颗粒物成为大家关注的问题。

现有技术中，普通的纱布等材料由于其空隙的孔径太大，根本无法阻挡PM2.5的通过；而现有的专业过滤装置外观较为庞大，不好携带，限制了其应用；同时专业过滤装置的关键部件是吸附材料，现有的吸附材料有活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石和纳米级二氧化钛等，在空气净化行业，最常用的是活性炭。活性炭是用有机含碳材料炭化、活化而成的，其具有发达的空隙结构，绝大部分孔径＜0.05μm；且比表面积高达1000～2000m²/g。但现有的吸附材料在保证过滤效果的同时，通气性差，气体通过的阻力大，尤其是作为口罩中的过滤材料，吸气阻力大，造成无法长时间使用。

因此，如何开发一种过滤效果好，同时透气性好的空气过滤膜是本领域一个亟待解决的问题，同时，所述的空气过滤膜应当便于携带，外观轻巧，且易于安装。

发明内容

针对现有的空气过滤装置无法同时满足过滤效果和透气效果的不足，本发明的目的是提供一种空气过滤膜及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种空气过滤膜，所述空气过滤膜包括：

（i）第一透明有机薄膜（101）和第二透明有机薄膜（103），所述第一透明有机薄膜（101）和第二透明有机薄膜（103）叠合在一起，并在第一透明有机薄膜（101）上开有若干第一通孔（104），在第二透明有机薄膜（103）上开有相同数目的第二通孔（106），第一通孔（104）和相对应的第二通孔（106）的直径和位置相一致形成若干条通道；和

（ii）夹在两层透明有机薄膜中间的石墨烯薄膜（102），所述石墨烯薄膜具有若干条裂纹；或在第一通孔（104）和第二通孔（106）形成的每条通道对应的石墨烯薄膜（102）上开有若干第三通孔（105）。

石墨烯是世界上最薄（厚度小于1nm）、强度最高的纳米材料（钢的100倍）；石墨烯薄膜的透光率可达到97.4%，而且化学性能稳定。本发明将石墨烯运用到空气过滤膜中，充分发挥石墨烯超薄，透明，高强度的特点，能够满足更广泛的需求。

本发明使用两层透明柔软的、均布有细小通孔（直径为10～50μm）的透明有机薄膜为支撑，中间夹有石墨烯薄膜，并在透明有机薄膜开有通孔的对应于石墨烯薄膜的位置开设若干更小的通孔（直径为0.5～1.5μm）。由于透明有机薄膜上开有若干直径较大的通孔，保证了空气过滤膜的透气性；同时由于通孔覆盖的石墨烯薄膜，具有更大的比表面积和更小的空隙直径，且开有0.5～1.5μm的小孔，保证了空气过滤膜的过滤性，能够完全阻挡PM2.5颗粒的同时，不会影响其透气性。

另外，由于石墨烯层具有良好的柔韧性，且使透明材料，配合透明柔软的有机薄膜材料，使本发明提供的空气过滤膜具有透明、柔软、携带方便、易于安装的优点。

所述空气过滤薄膜中，第一通孔和第二通孔的直径选自10～30μm，例如11μm、14μm、17μm、19μm、21μm、23μm、26μm、29μm等，优选15～25μm。

优选地，所述第三通孔的直径为0.5～1.5μm，例如0.6μm、0.8μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm等，优选0.8～1.0μm。

优选地，所述裂纹的宽度为1～2μm，例如1.1μm、1.3μm、1.5μm、1.7μm、1.6μm、1.9μm等。