一种石墨烯基防雾霾口罩滤材及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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宄的一大热点材料。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。
[0004]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，同时研宄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】
[0005]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，
[0006]本发明所解决上述技术问题的方案是:
[0007]—种石墨稀基防雾靈口罩滤材，该材料为氧化石墨稀组装的二维海绵状结构，孔径范围10nm?1.5 μ m，比表面积10m2/g?2000m2/g，表面含氧基团比例为35%?50%。
[0008]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:
[0009](I)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。
[0010](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。
[0011]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。分散后的氧化石墨稀溶液的浓度为0.lmg/ml?10mg/ml。
[0012]所述的石墨稀基防雾霾口罩滤材的制备方法，制备氧化石墨稀采用Hrnnmer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。
[0013]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，氧化石墨稀溶液浓度为0.5mg/ml?10mg/ml，水热反应的温度为60°C?180°C，反应时间为2h?24h。优选地，氧化石墨稀溶液的浓度为lmg/ml?5mg/ml，水热反应的温度为80°C?150°C，反应时间为4h?24h。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]本发明的有益效果:
[0019](I)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。
[0020](2)以往的三维石墨烯的制备不能控制其孔径大小，孔洞较大。本发明利用调节抗坏血酸(VC)加入量可以成功控制其孔径在微米级以下，可以有效阻挡PM2.5，同时VC对人体没有任何害处，绿色环保。
[0021](3)利用水热合成三维海绵状石墨烯，不仅具有超高比表面积，而且其表面还有大量的含氧基团，进一步增强其吸附效果。同时研宄表明氧化石墨烯具有抗菌效果。
[0022](4)本发明干燥方法除了传统的真空冷冻干燥外，还提出了:将水热反应的材料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。乙醇溶液可以反复利用多次，减少冷冻干燥带来的能耗，更利于环保。
[0023](5)该石墨烯吸附材料制备过程工艺简单、成本低廉，可以调控石墨烯海绵的孔径大小，具有很好的机械性能和加工性能，可作为口罩滤片有效的过滤PM2.5等空气污染物，同时还可应用于染料、油污吸附以及空气滤清器等领域。
【附图说明】
[0024]图1、2、3是本发明所得三维石墨烯材料的SEM照片。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的温度、时间等也仅是合适范围中的一个示例，即、本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0026]下面，结合具体实施例对本发明石墨烯基防雾霾口罩滤材的制备和应用进行详细介绍。
[0027]实施例1
本发明实施例制备三维石墨烯的工艺流程，包括如下步骤:
[0028]第一步，制备氧化石墨稀:本实施例中石墨粉平均粒度为10000目。利用Hummers法合成氧化石墨烯(GO)。将2g石墨粉，Ig NaNO3在冰水浴中与230ml浓硫酸混合均匀，缓慢加入6g ΚΜη04。然后升温至在35°C，搅拌30min后，加入92ml去离子水，升温至98°C反应15min。之后，向其中加入280ml水稀释，并用5ml 30% H2O2中和多余KMnO 4。混合溶液的颜色为棕黄色，趁热过滤，用去离子水反复洗涤至中性，超声分散得到G0。
[0029]第二步，水热合成三维石墨稀:取200ml质量分数为5mg/ml的氧化石墨稀溶液倒入直径25cm，高2cm的圆盘状反应皿中，加入抗坏血酸(VC)0.5g搅拌使其充分混合，然后将反应皿