石墨烯屏风式除霾器的制作方法

本发明涉及环保设备技术领域，尤其是涉及石墨烯屏风式除霾器。

背景技术：

霾是悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒的集合体，使空气浑浊，水平能见度降低到10km以下的一种天气现象，霾一般呈乳白色，它使物体的颜色减弱，使远处光亮物体微带黄红色，而黑暗物体微带蓝色。组成霾的粒子极小，不能用肉眼分辨。当大气凝结核由于各种原因长大时也能形成霾。在这种情况下水汽进一步凝结可能使霾演变成雾霾。雾霾对于人体、环境以及交通安全都会产生严重的危害，除霾与减霾是减少雾霾污染的两种最重要的途径。

现有的除霾器，一般包括箱体，所述箱体上设有进风口和出风口，箱体内设有水箱、净化腔、出风腔、风机组件和空气净化组件，所述进风口、净化腔、出风腔和出风口依序连通形成的风道，风机组件设于风道内用于排出箱体内空气，空气净化组件设于净化腔内用于加湿净化空气；其存在以下缺陷：

1、空气净化组件大都是喷雾式，存在雾霾颗粒在水雾作用下难以沉降的缺陷，除霾效果差；

2、风道大都是直通式，雾霾颗粒和水汽容易随空气被风机组件排出箱体外；

3、净化腔和水箱内容易残留水渍、雾霾颗粒等污物，不易清理，容易造成二次污染；

4、功能单一，不具有观赏性和装饰性，无法满足现代人们居家装修布设需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设计合理，空气净化能力强的石墨烯屏风式除霾器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

石墨烯屏风式除霾器，其包括箱体，所述箱体上设有进风口和出风口，所述箱体内设有水平隔板，水平隔板将箱体内部空间分隔成上室和下室，下室内设有若干个纵向隔板，若干个纵向隔板将下室内部空间分隔成一个净化腔和一个以上出风腔，净化腔上部与进风口连通，净化腔下部通过出风腔与上室连通，上室与出风口连通，上室内设有风机组件；所述净化腔顶部设有用于向下喷射水柱以加湿净化空气的空气净化组件，空气净化组件下方设有水箱，水箱入口处设有硬质石墨烯过滤器，水箱内设有水泵，水泵通过水管与空气净化组件连通。

作为优选，所述净化腔下端设有水柱缓冲垫，水柱缓冲垫设于硬质石墨烯过滤器上方。该设计可以有效避免水柱冲击产生噪音，降噪消音效果好，而且可以起到防止水柱溅射污染内壁。

作为优选，所述水柱缓冲垫为塑料草坪。

作为优选，所述水柱缓冲垫下表面叠置有软质石墨烯过滤器；

所述软质石墨烯过滤器包括以下组分及其重量份数：

聚氨酯水溶液100份；

氧化石墨烯0.5-1.5份；

纳米二氧化碳0.1-1.5份；

3-氨丙基三乙氧基硅烷0.3-2份；

其中，所述聚氨酯水溶液的固体含量为29-31重量%，粘度为24-26mpa·s，ph值为7.5-8.5；

所述软质石墨烯过滤器的制作方法，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯、纳米二氧化碳和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，以1500-2000转/分的速度切剪搅拌20分钟，得到混料；

2）将混料与聚氨酯水溶液混合，以1000-1500转/分的速度切剪搅拌25分钟，得到石墨烯涂料；

3）将石墨烯涂料喷涂在多孔基材或者将多孔基材浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔基材表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干温度为50-60℃，得到软质石墨烯过滤器；其中，多孔基材为多孔发泡塑料、无纺布或者纤维过滤棉是由发泡材料添加石墨烯后发泡成型。

作为优选，所述硬质石墨烯过滤器为石墨烯陶瓷过滤板；所述石墨烯陶瓷过滤板是由石墨烯涂料喷涂或者浸渍多孔陶瓷板后烘干成型；所述石墨烯陶瓷过滤板的制作方法，包括以下步骤：

1）按照每毫升丙酮溶液添加石墨烯0.5-1.5mg以及纳米二氧化钛0.05-1.0mg的配比，先将石墨烯加至丙酮溶液中，搅拌均匀后，再加入纳米二氧化钛，继续搅拌均匀，得到一级混料；

2）按照一级混料与环氧树脂溶液的体积比为0.5-2%的配比，将一级混料加至环氧树脂溶液中，搅拌均匀，得到二级混料；

3）将二级混料加热除去丙酮，得到三级混料；

4）按照每毫升三级混料添加缩水甘油醚0.05-0.2ml以及低分子聚酰胺0.06-0.1ml的配比，先将缩水甘油醚加至三级混料中，搅拌均匀后，再加入低分子聚酰胺，继续搅拌均匀，静置熟化15-30分钟，得到石墨烯涂料；

5）将石墨烯涂料喷涂在多孔陶瓷表面或者将多孔陶瓷浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔陶瓷表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，得到石墨烯陶瓷过滤板。

石墨烯陶瓷过滤板的设计，使其可利用石墨烯所具有的比表面积大，吸附除污能力强等优良特性，以及在多孔陶瓷板内部孔贯通形成的三维石墨烯结构，来吸附与净化水柱中所含的雾霾颗粒、甲醛、二氧化碳等有害物质，以过滤与净化进入水箱内的水。

作为优选，所述空气净化组件包括喷水盘，喷水盘与水管连通，喷水盘的下表面设有用于向下喷射水柱的若干个喷嘴，喷水盘的上表面设有紫外线灯管。

作为优选，所述喷水盘上设有若干个镂空，镂空处设有负离子发射头。

作为优选，所述上室内对应风机组件的进风侧设有水汽过滤网。该设计使得净化后的空气，能够被水汽过滤网滤去空气中过多的水汽后再从出风口排出，有助于控制排出空气的湿度，从而提供清新湿润空气。

作为优选，所述出风腔为一个，且设于箱体后部；所述出风腔为两个，且分别设于箱体两侧；或者所述出风腔为四个，且分别设于箱体侧面四个拐角处。

作为优选，所述箱体的前面板下部设有供水箱进出的门。该设计便于取出水箱和硬质石墨烯过滤器进行清洗、更换或维护。

作为优选，所述箱体至少一侧壁上对应净化腔处设有观察窗，观察窗上设有透明的钢化自洁净玻璃。该设计大大提高其美观性和装饰性，而且钢化自洁净玻璃能够在遇到太阳光或紫外线灯光照射后，使得附着在玻璃表面的有机污染物很快被氧化，变成二氧化碳和水自动挥发消除，从而实现自洁净功能。

作为优选，所述观察窗为可开启式结构。

作为优选，所述钢化自洁净玻璃由以下步骤制作而成：

1）溶胶凝胶法制备溶胶：先将钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硝酸和乙酰丙酮按照体积比为1:15:1:1:0.3的比例混合搅拌，再于温度为25℃的环境下超声震荡，然后陈化，得到溶胶；其中，搅拌时间为30分钟，超声频率为20khz，超声震荡时间为30分钟，陈化时间为24小时；

2）玻璃基体的预处理：先将玻璃基体置于氢氧化钠溶液去除表面油渍，再用水温50℃的去离子水冲淋20分钟，然后进行一次烘干，得到一级玻璃基体；其中，一次烘干温度为80℃，一次烘干时间为30分钟；

3）浸渍提拉法镀膜处理：将一级玻璃基体浸于溶胶中，20分钟后向上提拉，提拉速度为20cm/min，取出，进行二次烘干，得到二级玻璃基体；其中，二次烘干温度为80℃，二次烘干时间为30分钟；

4）烧结处理：将二级玻璃基体放入马沸炉内，以5℃/min的升温速度升至烧结温度，烧结温度为590-620℃，烧结时间为3-4分钟，得到三级玻璃基体；

5）急冷钢化处理：使用风压为3-4kpa的冷空气风栅吹向三级玻璃基体的两个表面，使其在1-3分钟内冷却到25℃进行急冷钢化，得到钢化自洁净玻璃。

步骤5）中的冷空气风栅与三级玻璃基体表面的距离为1-3cm，钢化自洁净玻璃的厚度为0.2-0.8cm。

本发明采用以上技术方案，启动水泵将水箱内水输送至喷水盘，若干个喷嘴均向下喷射水柱，启动风机组件转动排出箱体内空气，使得箱体内产生负压，以使外界含雾霾空气从进风口吸入净化腔，以便与水柱相接触，从而把空气中雾霾颗粒、甲醛、二氧化碳等有害物质大部分截留于水中，从而达到净化空气的目的，净化后的空气从净化腔底部开口进入出风腔，并通过出风腔进入上室，然后在风机组件的作用下从出风口排出。净化空气后的水柱中所含雾霾颗粒、甲醛、二氧化碳等有害物质，在流经硬质石墨烯过滤器时，可利用石墨烯所具有的比表面积大，吸附除污能力强等优良特性来吸附与净化有害物质，从而对进入水箱内的水进行过滤与净化，只需间隔一段时间将硬质石墨烯过滤器取出用水反向冲洗干净即可重复使用，使用与清洗都十分便捷；本发明的净化腔上部与进风口连通，净化腔下部通过出风腔与上室连通，上室与出风口连通，从而形成风道，不仅有效延长了空气在箱体内流动净化行程，而且使得净化后空气在出风腔内从下向上流动过程，能够在自重作用下，进一步分离空气中携带的水分，有助于降低水汽含量。本发明设计合理，结构简单，空气净化效果好，能够对进入水箱的水进行有效过滤与净化。

附图说明

现结合附图对本发明作进一步阐述：

图1为本发明石墨烯屏风式除霾器的实施例1外部结构示意图；

图2为本发明石墨烯屏风式除霾器的实施例1内部结构示意图；

图3为本发明石墨烯屏风式除霾器的实施例2内部结构示意图；

图4为本发明石墨烯屏风式除霾器的实施例3出风腔分布示意图。

具体实施方式

如图1-4之一所示，本发明的石墨烯屏风式除霾器，其包括箱体1，所述箱体1上设有进风口21和出风口22，所述箱体1内设有水平隔板11，水平隔板11将箱体1内部空间分隔成上室23和下室（图中未标注），下室内设有若干个纵向隔板12，若干个纵向隔板12将下室内部空间分隔成一个净化腔24和一个以上出风腔25，净化腔24上部与进风口21连通，净化腔24下部通过出风腔25与上室23连通，上室23与出风口22连通，上室23内设有风机组件3；所述净化腔24顶部设有用于向下喷射水柱以加湿净化空气的空气净化组件4，空气净化组件4下方设有水箱5，水箱5入口处设有硬质石墨烯过滤器6，水箱5内设有水泵51，水泵51通过水管52与空气净化组件4连通。

进一步，还可以在所述净化腔24下端设置水柱缓冲垫7，水柱缓冲垫7设于硬质石墨烯过滤器6上方。该设计可以有效避免水柱冲击产生噪音，降噪消音效果好，而且可以起到防止水柱溅射污染内壁。

作为优选，所述水柱缓冲垫7为塑料草坪。

进一步，还可以在所述水柱缓冲垫7下表面叠置有软质石墨烯过滤器8；

所述软质石墨烯过滤器包括以下组分及其重量份数：

聚氨酯水溶液100份；

氧化石墨烯0.5-1.5份；

纳米二氧化碳0.1-1.5份；

3-氨丙基三乙氧基硅烷0.3-2份；

其中，所述聚氨酯水溶液的固体含量为29-31重量%，粘度为24-26mpa·s，ph值为7.5-8.5；

所述软质石墨烯过滤器的制作方法，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯、纳米二氧化碳和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，以1500-2000转/分的速度切剪搅拌20分钟，得到混料；

2）将混料与聚氨酯水溶液混合，以1000-1500转/分的速度切剪搅拌25分钟，得到石墨烯涂料；

3）将石墨烯涂料喷涂在多孔基材或者将多孔基材浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔基材表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干温度为50-60℃，得到软质石墨烯过滤器；其中，多孔基材为多孔发泡塑料、无纺布或者纤维过滤棉是由发泡材料添加石墨烯后发泡成型。

作为优选，所述硬质石墨烯过滤器6为石墨烯陶瓷过滤板；所述石墨烯陶瓷过滤板是由石墨烯涂料喷涂或者浸渍多孔陶瓷板后烘干成型。

所述石墨烯陶瓷过滤板9的制作方法，包括以下步骤：

1）按照每毫升丙酮溶液添加石墨烯0.5-1.5mg以及纳米二氧化钛0.05-1.0mg的配比，先将石墨烯加至丙酮溶液中，搅拌均匀后，再加入纳米二氧化钛，继续搅拌均匀，得到一级混料；

2）按照一级混料与环氧树脂溶液的体积比为0.5-2%的配比，将一级混料加至环氧树脂溶液中，搅拌均匀，得到二级混料；

3）将二级混料加热除去丙酮，得到三级混料；

4）按照每毫升三级混料添加缩水甘油醚0.05-0.2ml以及低分子聚酰胺0.06-0.1ml的配比，先将缩水甘油醚加至三级混料中，搅拌均匀后，再加入低分子聚酰胺，继续搅拌均匀，静置熟化15-30分钟，得到石墨烯涂料；

5）将石墨烯涂料喷涂在多孔陶瓷表面或者将多孔陶瓷浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔陶瓷表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，得到石墨烯陶瓷过滤板9。

作为优选，所述风机组件3包括一个以上风机。

作为优选，所述空气净化组件4包括喷水盘41，喷水盘41与水管52连通，喷水盘41的下表面设有用于向下喷射水柱的若干个喷嘴42，喷水盘41的上表面设有紫外线灯管43。

进一步，还可以在所述喷水盘41上设有若干个镂空，镂空处设有负离子发射头45。

进一步，还可以在所述喷水盘41的下表面设置照明灯管44。

进一步，还可以在所述上室23内对应风机组件3的进风侧设有水汽过滤网9。该设计使得净化后的空气，能够被水汽过滤网9滤去空气中过多的水汽后再从出风口22排出，有助于控制排出空气的湿度，从而提供清新湿润空气。

进一步，还可以在所述箱体1的前面板下部设有供水箱5进出的门13。该设计便于取出水箱5和硬质石墨烯过滤器6进行清洗、更换或维护。

进一步，还可以在所述箱体1至少一侧壁上对应净化腔24处设有观察窗，观察窗上设有透明的钢化自洁净玻璃10。该设计大大提高其美观性和装饰性，而且钢化自洁净玻璃10能够在遇到太阳光或紫外线灯光照射后，使得附着在玻璃表面的有机污染物很快被氧化，变成二氧化碳和水自动挥发消除，从而实现自洁净功能。

作为优选，所述观察窗为可开启式结构。

作为优选，所述钢化自洁净玻璃10由以下步骤制作而成：

1）溶胶凝胶法制备溶胶：先将钛酸四丁酯、无水乙醇、水、硝酸和乙酰丙酮按照体积比为1:15:1:1:0.3的比例混合搅拌，再于温度为25℃的环境下超声震荡，然后陈化，得到溶胶；其中，搅拌时间为30分钟，超声频率为20khz，超声震荡时间为30分钟，陈化时间为24小时；

2）玻璃基体的预处理：先将玻璃基体置于氢氧化钠溶液去除表面油渍，再用水温50℃的去离子水冲淋20分钟，然后进行一次烘干，得到一级玻璃基体；其中，一次烘干温度为80℃，一次烘干时间为30分钟；

3）浸渍提拉法镀膜处理：将一级玻璃基体浸于溶胶中，20分钟后向上提拉，提拉速度为20cm/min，取出，进行二次烘干，得到二级玻璃基体；其中，二次烘干温度为80℃，二次烘干时间为30分钟；

4）烧结处理：将二级玻璃基体放入马沸炉内，以5℃/min的升温速度升至烧结温度，烧结温度为590-620℃，烧结时间为3-4分钟，得到三级玻璃基体；

5）急冷钢化处理：使用风压为3-4kpa的冷空气风栅吹向三级玻璃基体的两个表面，使其在1-3分钟内冷却到25℃进行急冷钢化，得到钢化自洁净玻璃10。

步骤5）中的冷空气风栅与三级玻璃基体表面的距离为1-3cm，钢化自洁净玻璃10的厚度为0.2-0.8cm。

实施例1

如图1或者图2所示，所述出风腔25为两个，且分别设于箱体1两侧，使得净化腔24位于两个出风腔25之间，所述进风口21为两个，分别设于箱体1的两个侧面板上，两个进风口21处均设有进风管26与净化腔24连通，所述出风口22为一个，设于箱体1的顶面板上。

所述软质石墨烯过滤器包括以下组分及其重量份数：

聚氨酯水溶液100份；

氧化石墨烯0.5份；

纳米二氧化碳0.1份；

3-氨丙基三乙氧基硅烷0.3份；

其中，所述聚氨酯水溶液的固体含量为29重量%，粘度为24mpa·s，ph值为7.5；

所述软质石墨烯过滤器的制作方法，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯、纳米二氧化碳和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，以1500转/分的速度切剪搅拌20分钟，得到混料；

2）将混料与聚氨酯水溶液混合，以1000转/分的速度切剪搅拌25分钟，得到石墨烯涂料；

3）将石墨烯涂料喷涂在多孔基材或者将多孔基材浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔基材表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干温度为50℃，得到软质石墨烯过滤器；其中，多孔基材为多孔发泡塑料、无纺布或者纤维过滤棉是由发泡材料添加石墨烯后发泡成型。

所述石墨烯陶瓷过滤板9的制作方法，包括以下步骤：

1）按照每毫升丙酮溶液添加石墨烯0.5mg以及纳米二氧化钛0.05mg的配比，先将5mg石墨烯加至10ml丙酮溶液中，超声搅拌15分钟后，再加入0.5mg纳米二氧化钛，继续搅拌15分钟使其分散均匀，得到一级混料；

2）按照一级混料与环氧树脂溶液的体积比为0.5%的配比，取5ml一级混料加至1000ml环氧树脂溶液中，搅拌20分钟使其分散均匀，得到二级混料；

3）将二级混料加热除去丙酮，加热的温度为60℃，得到三级混料；

4）按照每毫升三级混料添加缩水甘油醚0.05ml以及低分子聚酰胺0.06ml的配比，在1000ml三级混料中，先加入50ml缩水甘油醚，超声搅拌15分钟后，再加入60ml低分子聚酰胺，继续搅拌15分钟，静置熟化15分钟，得到石墨烯涂料；

5）将石墨烯涂料喷涂在多孔陶瓷表面或者将多孔陶瓷浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔陶瓷表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干的温度为60℃，烘干的时间为10分钟，得到石墨烯陶瓷过滤板9。

实施例2

如图3所示，所述出风腔25为一个，且设于箱体1的后部，使得净化腔24与出风腔25为前后设置，所述进风口21和出风口22均设于箱体1的前面板上，所述风机组件3采用风轮代替。

所述软质石墨烯过滤器包括以下组分及其重量份数：

聚氨酯水溶液100份；

氧化石墨烯1份；

纳米二氧化碳1份；

3-氨丙基三乙氧基硅烷1.3份；

其中，所述聚氨酯水溶液的固体含量为30重量%，粘度为25mpa·s，ph值为8；

所述软质石墨烯过滤器的制作方法，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯、纳米二氧化碳和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，以1800转/分的速度切剪搅拌20分钟，得到混料；

2）将混料与聚氨酯水溶液混合，以1300转/分的速度切剪搅拌25分钟，得到石墨烯涂料；

3）将石墨烯涂料喷涂在多孔基材或者将多孔基材浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔基材表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干温度为55℃，得到软质石墨烯过滤器；其中，多孔基材为多孔发泡塑料、无纺布或者纤维过滤棉是由发泡材料添加石墨烯后发泡成型。

所述石墨烯陶瓷过滤板9的制作方法，包括以下步骤：

1）按照每毫升丙酮溶液添加石墨烯1.0mg以及纳米二氧化钛0.5mg的配比，先将10mg石墨烯加至10ml丙酮溶液中，超声搅拌20分钟后，再加入5mg纳米二氧化钛，继续搅拌20分钟使其分散均匀，得到一级混料；

2）按照一级混料与环氧树脂溶液的体积比为1%的配比，取10ml一级混料加至1000ml环氧树脂溶液中，搅拌20分钟使其分散均匀，得到二级混料；

3）将二级混料加热除去丙酮，加热的温度为65℃，得到三级混料；

4）按照每毫升三级混料添加缩水甘油醚0.1ml以及低分子聚酰胺0.08ml的配比，在1000ml三级混料中，先加入100ml缩水甘油醚，超声搅拌20分钟后，再加入80ml低分子聚酰胺，继续搅拌25分钟，静置熟化20分钟，得到石墨烯涂料；

5）将石墨烯涂料喷涂在多孔陶瓷表面或者将多孔陶瓷浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔陶瓷表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干的温度为65℃，烘干的时间为15分钟，得到石墨烯陶瓷过滤板9。

实施例3

如图4所示，所述出风腔25为四个，且分别设于箱体1侧面四个拐角处。

所述软质石墨烯过滤器包括以下组分及其重量份数：

聚氨酯水溶液100份；

氧化石墨烯1.5份；

纳米二氧化碳1.5份；

3-氨丙基三乙氧基硅烷2份；

其中，所述聚氨酯水溶液的固体含量为31重量%，粘度为26mpa·s，ph值为8.5；

所述软质石墨烯过滤器的制作方法，包括以下步骤：

1）将氧化石墨烯、纳米二氧化碳和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合，以2000转/分的速度切剪搅拌20分钟，得到混料；

2）将混料与聚氨酯水溶液混合，以1500转/分的速度切剪搅拌25分钟，得到石墨烯涂料；

3）将石墨烯涂料喷涂在多孔基材或者将多孔基材浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔基材表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干温度为60℃，得到软质石墨烯过滤器；其中，多孔基材为多孔发泡塑料、无纺布或者纤维过滤棉是由发泡材料添加石墨烯后发泡成型。

所述石墨烯陶瓷过滤板9的制作方法，包括以下步骤：

1）按照每毫升丙酮溶液添加石墨烯1.5mg以及纳米二氧化钛1.0mg的配比，先将15mg石墨烯加至10ml丙酮溶液中，超声搅拌25分钟后，再加入10mg纳米二氧化钛，继续搅拌25分钟使其分散均匀，得到一级混料；

2）按照一级混料与环氧树脂溶液的体积比为2%的配比，取10ml一级混料加至500ml环氧树脂溶液中，搅拌25分钟使其分散均匀，得到二级混料；

3）将二级混料加热除去丙酮，加热的温度为60-70℃，得到三级混料；

4）按照每毫升三级混料添加缩水甘油醚0.2ml以及低分子聚酰胺0.1ml的配比，在500ml三级混料中，先加入100ml缩水甘油醚，超声搅拌25分钟后，再加入50ml低分子聚酰胺，继续搅拌25分钟，静置熟化30分钟，得到石墨烯涂料；

5）将石墨烯涂料喷涂在多孔陶瓷表面或者将多孔陶瓷浸渍于石墨烯涂料中，以在多孔陶瓷表面形成石墨烯涂料层，然后烘干，烘干的温度为70℃，烘干的时间为15分钟，得到石墨烯陶瓷过滤板9。

以上描述不应对本发明的保护范围有任何限定。