[发明专利]一种石墨烯基防雾霾口罩滤材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料领域，具体为一种石墨烯吸附材料及其制备方法和应用，可作为口罩滤片有效的过滤PM2.5等空气污染物，同时具有一定的抗菌性能。

背景技术

近年来，在中国的许多大中城市频频产生雾霾天气，严重威胁人民的身体健康和生命。雾霾天气产生的机制很复杂，其化学成分也很复杂，可能引发多种疾病。同时，病毒、病菌等可能会附着在大气的颗粒物上，传播疾病。PM2.5是大气污染物中对人体危害最大的颗粒物，此颗粒物直径等于或小于2.5微米，医学上成为可吸入颗粒物。一般的口罩无法过滤PM2.5，目前市面上的多种防雾霾口罩也都不能有效的阻挡PM2.5。而阻挡效果较好的，如N95那种口罩，成本太高，而且透气性较差，不能长期使用。因此需要开发一种具有优异吸附性能和抗菌性能，透气性较好，能够有效阻挡PM2.5等大气污染物，并且制备工艺简单，成本低廉的过滤材料。

石墨烯自2004年被发现以来，立即引起了科研界极大的兴趣，近几年来已经成为科学研究的一大热点材料。石墨烯作为一种新兴的材料，其理论比表面积可以达到2620m²/g，是一种潜在的吸附材料。但是由于石墨烯片层结构容易团聚，形成孔隙率很低的二维结构材料，从而使其性能及应用范围受到很大的限制。

利用氧化石墨烯组装成三维海绵状结构石墨烯，具有大的比表面积，很好的吸附性能，同时研究表明氧化石墨烯具有优异的抗菌性能。三维石墨烯的制备采用的方法可以使水热法和还原剂还原法等，而目前的方法都不能有效的控制其孔径的大小，只能用于染料、有机溶剂等污染吸附，不能有效的作为空气过滤吸附材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效过滤PM2.5的口罩滤材，并且具有一定的抗菌性能，

本发明所解决上述技术问题的方案是：

一种石墨烯基防雾霾口罩滤材，该材料为氧化石墨烯组装的三维海绵状结构，孔径范围100nm～1.5μm，比表面积100m²/g～2000m²/g，表面含氧基团比例为35％～50％。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，包括如下步骤：

(1)氧化石墨烯水溶液的制备：选取不同目数的石墨粉体为原料，制备不同尺寸的氧化石墨烯，超声分散在水中。

(2)三维石墨烯结构的制备：在一定量的石墨烯水溶液中加入抗坏血酸(VC)等交联剂，通过水热合成的方法组装成三维海绵状结构，干燥后得到三维石墨烯材料。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，所用石墨粉原料的目数为5000目～15000目。分散后的氧化石墨烯溶液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，制备氧化石墨烯采用Hummer法对石墨粉进行氧化，石墨烯分散溶剂为水溶液，超声剥离时间为30min～5h。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，水热合成制备三维石墨烯时，氧化石墨烯溶液浓度为0.5mg/ml～10mg/ml，水热反应的温度为60℃～180℃，反应时间为2h～24h。优选地，氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml，水热反应的温度为80℃～150℃，反应时间为4h～24h。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，制备三维石墨烯时所加入交联剂可为抗坏血酸、聚乙二醇、多巴胺、乙二胺之中的一种或多种，所加入交联剂与氧化石墨烯的质量比为1∶1～1∶100。优选地，加入交联剂选用抗坏血酸(VC)，加入量与氧化石墨烯的质量比为1∶5～1∶50。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，水热合成制备三维石墨烯时，采用的干燥方式为真空冷冻干燥；或者冷冻后放入乙醇浸泡，待融化后取出在空气中自然晾干，三维材料不会塌陷团聚。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，三维石墨烯结构制备过程中，可通过改变氧化石墨烯的尺寸大小以及聚合剂的加入量来控制三维结构孔径的大小。优选地，制备氧化石墨烯时选用石墨粉原料的目数为10000目～15000目。

所述的石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备方法，所制备三维石墨烯块体材料的大小及厚度，可以由水热反应装置的容器形貌及大小来调控。所得多孔的海绵状石墨烯具有很好的机械强度，可以裁剪成不同形状。

本发明的有益效果：

(1)利用氧化石墨烯组装成三维海绵状结构石墨烯，具有超高的比表面积，很好的吸附性能。将其用于防雾霾口罩滤片，能够有效的过滤大气污染物。