[发明专利]一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物及其制备方法与应用

说明书

一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物及其制备方法与应用，属于纳米材料组装和空气过滤技术领域。包括以下步骤：将氧化石墨烯分散到溶剂中，振荡混匀，超声得到氧化石墨烯溶液；通过纺丝头将得到的氧化石墨烯溶液注射至旋转凝固浴中，凝固后用去离子水洗涤，得到氧化石墨烯凝胶纤维；取得到的氧化石墨烯凝胶纤维，通过抽滤得到凝胶纤维织物，再冷冻干燥得到氧化石墨烯气凝胶纤维织物。本发明具有制备工艺环保、室温操作、能耗低等优点，制得的产品具有纳米级空隙和微米级孔洞形成的多级孔结构，过滤效率高，PM_2.5捕获性能好，在空气过滤领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料组装和空气过滤技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物及其制备方法与应用。

背景技术

PM_2.5指空气动力学直径小于等于2.5 μm的细颗粒物，是大气污染物的主要成分之一，也是影响空气质量的重要因素。它会严重影响人类身体健康；根据世界卫生组织发布的空气卫生指南（WHO，2005），长期暴露在PM_2.510 μg/m³的环境中会增加95%的肺癌死亡率。因此，研究可以有效隔离PM_2.5，同时具有低压降特点的材料具有重要的意义。

目前常见的过滤材料通常为将聚合物通过静电纺丝的方法制成纤维，再进一步组装成织物，所得织造物材料通常过滤效率较高，部分还具有抗菌、抗高温等优良特性。但是此方法制备的产品过滤时压降较大，且静电纺丝制备工艺复杂。另外由于现实中的PM_2.5化学成分复杂，材料受制于自身稳定性，无法实现长程使用的目标。这些缺点限制了其进一步的应用。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物及其制备方法与应用，具有制备工艺环保、室温操作、能耗低等优点，制得的产品具有纳米级空隙和微米级孔洞形成的多级孔结构，过滤效率高，PM_2.5捕获性能好。

技术方案：一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一.将氧化石墨烯分散到溶剂中，振荡混匀2~15 min，超声4~30 min得到浓度为2~13 mg/mL氧化石墨烯溶液；

步骤二.以10~1000 μL/min的速率，通过直径为50~500 μm的纺丝头将步骤一得到的氧化石墨烯溶液注射至转速为5~50 r/min的旋转凝固浴中，凝固1~900 s后用去离子水洗涤，得到氧化石墨烯凝胶纤维；

步骤三.取步骤二得到的氧化石墨烯凝胶纤维，通过抽滤得到凝胶纤维织物，再冷冻干燥24~72 h得到氧化石墨烯气凝胶纤维织物。

作为优选，所述步骤一中溶剂为水和乙醇中的至少一种。

作为优选，所述步骤二中凝固浴为质量分数为1~25%的CaCl₂溶液，溶液中溶剂为体积比为(1:9) ~(9:1)的水和乙醇混合物。

上述方法制备的一种氧化石墨烯气凝胶纤维织物。

上述氧化石墨烯气凝胶纤维织物在制备PM_2.5过滤装置中的应用。

有益效果：1.本发明制备的氧化石墨烯凝胶纤维本身具有的纳米级空隙结合抽滤后组装得到的凝胶纤维织物具有的微米级孔洞形成多级孔结构，提高了产品氧化石墨烯凝胶纤维织物的过滤效率；

2.本发明所述氧化石墨烯凝胶纤维织物疏松多孔的构造，能够保证过滤过程中压降较低，具备良好的应用前景；