[发明专利]石墨烯聚氨酯复合海绵材料及其制备方法和用途

说明书

本发明属于空气过滤技术领域，具体涉及一种石墨烯聚氨酯复合海绵材料及其制备方法和用途。针对现有石墨烯海绵材料要么成本高、制备工艺复杂，要么应用领域窄、吸附能力不佳的问题，本发明提供了一种石墨烯聚氨酯复合海绵材料的制备方法，采用巯基乙醇来作为氧化还原石墨烯分散液的氧化剂，得到氧化石墨烯，制备出更加符合空气过滤的官能团性质，减少团聚反应，空气过滤吸附效果更强。同时，采用一步发泡的方法制备石墨烯海绵，在海绵发泡过程中即可加入石墨烯分散液，有效防止了石墨烯的脱落。本发明操作更为简便，制备出来的石墨烯聚氨酯复合海绵材料表面稳定性更强，空气过滤吸附效果更强，且更容易工业化实施。

技术领域

本发明属于空气过滤技术领域，具体涉及一种石墨烯聚氨酯复合海绵材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着现代工业的发展，人类的活动越来越频繁，所产生的甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮、重金属、油脂类等气体和微粒对人类的生存环境和身体造成极大的威胁。吸附法作为一种物理化学方法，是空气过滤中的重要方法之一，具备成本低廉、过滤效率高、无二次污染、易再生等优势。

石墨烯作为一种21世纪新型材料，凭借优异的力学、热学及电学性能使其具有十分广阔的应用前景。想要将石墨烯应用到实际中，还需要依附于其他材料。石墨烯拥有超高的比表面积，如将其应用在过滤石墨烯海绵复合材料中，可以使其拥有更强的吸附能力、更高的孔隙率及更疏松的表面结构，在水处理、空气过滤、催化剂载体等领域具有很大的应用价值。

目前，关于将石墨烯应用于海绵复合材料中，已有大量的研究报道。如专利CN110339830A公开了一种氧化石墨烯海绵材料及其制备和使用方法，该专利制备的氧化石墨烯海绵材料以PDMS为基底，经过表面亲水改性后，负载氧化石墨烯制得。该方法利用PDMS自身超疏水的特性，采用等离子清洗打断PDMS表面的化学键，通过聚乙烯醇进行修饰后改性为一种亲水材料，氧化石墨烯因含有大量的含氧官能团，因而能与水体中重金属离子发生鳌合作用，能有效的去除水体中重金属离子，但氧化石墨烯在水体中呈悬浮状态，吸附后难以与污染水体进行有效分离，该专利通过采用PDMS为基底，并有效负载氧化石墨烯，形成一种结构稳定，吸附效率高的新型重金属吸附材料；又由于PDMS海绵材料具有质量轻、密度低的特点，而浮于液体表面，每次使用后便于取出回收，避免二次污染。但该专利制备的氧化石墨烯海绵材料仅在吸附水体中的重金属中体现出了良好的效果，还不具备在空气中吸附重金属的能力，也不具备吸附其余水油污染物或细菌的能力。

专利CN107417962A公开了一种空气净化用石墨烯海绵及其制备方法，该专利是在海绵上负载纳米银掺杂石墨烯复合材料层，其中纳米银掺杂石墨烯复合材料层的厚度为0.2～1.5，纳米银掺杂石墨烯复合材料层的质量占比为5～10％。该专利通过在海绵上负载纳米银～石墨烯复合材料，使海绵具有很强的疏水效果和吸附能力；再利用纳米银强大的杀菌和抑菌作用，防止海绵上滋生细菌，对甲醛、二氧化硫、氨气、一氧化氮或二氧化碳等具有良好的吸附性能，对甲醛的最高吸附量可以达到206mg/g，对氨气的吸附量最高可以达到120mg/g，对一氧化氮的吸附量可以达到140mg/g。该专利主要是由纳米银掺杂石墨烯复合材料层起到抗菌和吸附功能，生产成本高，制备工艺复杂。

由此可见，现有的石墨烯海绵材料要么成本高、制备工艺复杂，要么应用领域窄、吸附能力不佳，急需开发一种成本低廉、制备方法简单，能够应用于空气和水体中吸附有害物质的石墨烯海绵材料，以扩大其应用领域。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：现有石墨烯海绵材料要么成本高、制备工艺复杂，要么应用领域窄、吸附能力不佳的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供了一种石墨烯聚氨酯复合海绵材料的制备方法。该方法包括以下步骤：