CN108262012A - 一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，用溶剂稀释氧化石墨烯溶液；向得到的氧化石墨烯溶液中加入还原剂，按照氧化石墨烯与还原剂的质量比10:1~1:100添加，然后搅拌10~600min或者超声10~600min至混合物均匀混合；将所得的混合液定量加入模具中，然后将模具放入水浴锅中升温至50~100℃，并保温1~6h，获得石墨烯水凝胶；将所得石墨烯水凝胶通过冷冻干燥的方法去除石墨烯水凝胶所含水分，获得多孔的石墨烯气凝胶空气净化滤网。由于石墨烯具有较大的比表面积和较强的吸附能力，因此本发明可以更有效率地吸附空气中的污染物质从而达到净化空气的目的。

Description

一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法
技术领域
本发明属于环保领域，涉及一种空气净化装置，具体来说是一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法。
技术背景
近年来，随着经济的快速发展，工业排放，汽车尾气、雾霾等大气污染问题日趋严重，人们对健康越来越重视，对空气净化的需求越来越来紧迫。空气净化器是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物，有效提高空气清洁度的产品。目前市场上的空气净化器产品所用的净化滤芯存在净化能力不佳的问题，因此研制出一种能阻挡空气污染物进入室内且净化能力强的空气净化器具有重要的意义。
石墨烯的二维单原子层结构、高比表面积、良好化学稳定性及机械性能等特点使其成为一种理想的吸附材料，吸附重金属离子、染料粒子、有机物及污染气体等，广泛应用于水处理及空气净化等领域。有研究者制备了石墨烯负载C /Co 核壳与碳纳米球壳结构即构成Co /C-GNS 与CNS-GNS 结构，实验表明该结构增大了接触表面积、增强了多孔性，可吸附有毒气体或烟气。有研究者利用聚乙烯亚胺原位还原氧化石墨烯，经冷冻干燥制备了胺基化改性石墨烯气凝胶，由于该石墨烯气凝胶比表面积大、高孔隙率、化学吸附位点多，在吸附HCHO 气体效果极佳。但目前石墨烯气凝胶用于空气净化还存在制备方法较复杂、环境污染较大、成本高和难以大批量生产等问题。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，所述这种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法要解决现有技术中空气净化器产品所用的净化滤芯存在净化能力不佳的技术问题。
本发明提供了一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，包括以下步骤：
1) 用溶剂稀释氧化石墨烯溶液，所得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml-100mg/ml；
2) 向步骤1）得到的氧化石墨烯溶液中加入还原剂，按照氧化石墨烯与还原剂的质量比10:1~1:100添加，然后搅拌10~600min或者超声10~600min至混合物均匀混合；
3) 将步骤2）所得的混合液定量加入模具中，然后将模具放入水浴锅中升温至50~100℃，并保温1~6h，获得石墨烯水凝胶；
4) 将步骤3）所得石墨烯水凝胶通过冷冻干燥的方法去除石墨烯水凝胶所含水分，获得多孔的石墨烯气凝胶空气净化滤网。
进一步的，所述的还原剂为抗坏血酸。
进一步的，所述的模具为聚四氟乙烯模具。
进一步的，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇、二甲基亚砜、N，N- 二甲基甲酰胺或 N- 甲基吡咯烷酮中任一种。
进一步的，所述的模具为耐100℃且不与该氧化石墨烯混合液反应的材质模具。
本发明用溶剂稀释氧化石墨烯得到一定浓度的氧化石墨烯分散液，然后将氧化石墨烯分散液与还原剂按照不同质量比进行混合；（取混合液于不同形状的模具中，然后水浴加热，将成型的石墨烯水凝胶冷冻干燥得到多孔的石墨烯气凝胶，所述空石墨烯水凝胶空气净化滤网能够阻止空气中颗粒物和有害物进入室内。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明由于石墨烯具有较大的比表面积和较强的吸附能力，因此可以更有效率地吸附空气中的污染物质从而达到净化空气的目的，并且制备方法简单、制备过程安全、成本低、易实现规模化生产。
附图说明
图1为石墨烯气凝胶空气净化滤网的示意图，其中1为方形模具做出的示意图、2为圆形模具做出的示意图、3为六边形模具做出的示意。
图2为采用本发明方法制备的石墨烯气凝胶空气净化滤网实样的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
下面的实例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
实施例1一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法
氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers方法。
石墨烯气凝胶滤网的制备：
1）用去离子水稀释所制备的氧化石墨烯溶液，所得氧化石墨烯溶液的浓度为2mg/ml。
2）向所得的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯与抗坏血酸1:8的质量比加入；磁力搅拌30min得到均匀混合液，将混合液加入方形的聚四氟乙烯模具中，将模具置于水浴锅中在99℃条件下保温3h，冷冻干燥1天得到方形石墨烯气凝胶空气净化滤网，其示意图如图1a所示。
实施例2一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法
氧化石墨烯的制备：制备方法同上。
石墨烯气凝胶滤网的制备：
1）用去离子水稀释所制备的氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯分散液浓度为6mg/ml。
2）向所得的氧化石墨烯溶液中加入聚多巴胺，按照氧化石墨烯与聚多巴胺1:4的质量比加入；磁力搅拌30min得到均匀混合液，将混合液加入圆形的聚四氟乙烯模具中，将模具置于水浴锅中在90℃条件下保温4h，冻干燥2天得到圆形石墨烯气凝胶空气净化滤网，其示意图如图1b所示。
实施例3一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法
氧化石墨烯的制备：制备方法同上。
石墨烯气凝胶滤网的制备：
1）用去离子水稀释所制备的氧化石墨烯溶液，其中氧化石墨烯分散液浓度为6mg/ml。
2）向所得的氧化石墨烯溶液中加入抗坏血酸，按照氧化石墨烯与抗坏血酸1:6的质量比加入；磁力搅拌30min得到均匀混合液，将混合液加入六边形的聚四氟乙烯模具中，将模具置于水浴锅中在75℃条件下保温3h，将所得石墨烯气凝胶冷冻干燥2天得到六边形的石墨烯气凝胶空气净化滤网，其示意图如图1c所示。
本实例制得的石墨烯气凝胶空气净化滤网在扫描电镜下放大1000倍如图（2）所示，可以看到该石墨烯气凝胶空气净化滤网内部具有多孔的结构，同时保留有石墨烯的褶皱状形态，因而吸附能力高。对甲醛等有害气体具有的高吸附能力，而且还可以吸附粉尘从而达到净化空气的目的。
本实施例得到的不同形状石墨烯气凝胶空气净化滤网可用于不同需求的空气净化器中。石墨烯气凝胶空气净化滤网的柔韧性可以通过还原剂与氧化石墨烯的配比来调节，因此可以按实际需求定制生产。并且本发明的制备方法简单、制备过程安全、成本低、易实现规模化生产。

Claims (5)

1.一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）用溶剂稀释氧化石墨烯溶液，所得氧化石墨烯溶液的浓度为0.01mg/ml-100mg/ml ；
2）向步骤1）得到的氧化石墨烯溶液中加入还原剂，按照氧化石墨烯与还原剂的质量比10:1~1:100添加，然后搅拌10~600min或者超声10~600min至混合物均匀混合；
3）将步骤2）所得的混合液定量加入模具中，然后将模具放入水浴锅中升温至50~100℃，并保温1~6h，获得石墨烯水凝胶；
4）将步骤3）所得石墨烯水凝胶通过冷冻干燥的方法去除石墨烯水凝胶所含水分，获得多孔的石墨烯气凝胶空气净化滤网。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，其特征在于：所述的还原剂为抗坏血酸。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，其特征在于：所述的模具为聚四氟乙烯模具。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙酮、四氢呋喃、异丙醇、二甲基亚砜、N，N- 二甲基甲酰胺或 N- 甲基吡咯烷酮中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯气凝胶空气净化滤网的制备方法，其特征在于：所述的模具为耐100℃且不与该氧化石墨烯混合液反应的材质模具。
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