CN115057542A - 制备碳纤维复合材料的方法和滤芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了制备碳纤维复合材料的方法和滤芯，制备碳纤维复合材料的方法包括：将阻垢剂和抗菌剂进行复配造粒，以获得阻垢抗菌剂；将所述阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液，以获得阻垢抗菌氧化石墨烯溶液；将碳纤维加入所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，并进行湿法处理，以获得所述碳纤维复合材料。由此，可以获得具有较好阻垢性能和抗菌性能的用于净水的复合材料。

Description

制备碳纤维复合材料的方法和滤芯

技术领域

本发明涉及净水领域，具体地，涉及制备碳纤维复合材料的方法和滤芯。

背景技术

净水设备被我们广泛用于生活饮用、化工、医疗、养殖、种植、食品、饮料等领域。活性碳自从诞生以来，在诸多领域发挥着重要作用。但在净水领域中，采用粉末活性碳作为净水设备的滤芯材料在初次使用时，会有一部分活性碳粉末溶解在过滤水体中，使得过滤后的水体有发黑现象，使得用户观感和使用体验较差。碳纤维作为继粉末活性碳、颗粒活性碳之后出现的第三代活性碳材料，因其具有多孔、结构稳定等优点，逐渐成为了滤芯材料的主流选择。但是碳纤维滤芯在用于水质较为复杂的水体过滤时，其可吸附杂质种类较少、净化时间较长、操作繁琐，并且净化后的水质仍需进一步处理才能达到国家净水的标准，很难满足当下市场对净水设备的严格要求。

因此，目前的制备碳纤维复合材料的方法和滤芯仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识做出的：

发明人发现，相比于粒状活性碳，碳纤维具有比表面积大、微孔丰富、孔径小且分布窄、吸附量大、吸附速度快等特点，且以物理吸附为主，受温度的影响比较小，在水及废水处理等方面有着广泛的应用前景，可以被应用于微污染水的净化，去除水中的泥沙、有机物、金属离子等杂质。但是碳纤维良好的吸附性与生物相容性、丰富的微孔结构、巨大的比表面积，加上其处理微污染水时形成的湿润环境，使得碳纤维上易于发生细菌、霉菌等微生物的滋生和繁殖，微生物的生长导致了水中细菌总数和亚硝酸盐等菌体代谢产物的超标，极大地减弱了碳纤维的净水效果。

本发明旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备碳纤维复合材料的方法，包括：将阻垢剂和抗菌剂进行复配造粒，以获得阻垢抗菌剂；将所述阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液，以获得阻垢抗菌氧化石墨烯溶液；将碳纤维加入所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，并进行湿法处理，以获得所述碳纤维复合材料。由此，可以获得具有较好阻垢性能和抗菌性能的用于净水的复合材料。

根据本发明的实施例，所述复配造粒包括：将质量分数为65-75wt%的所述阻垢剂，质量分数为5-25wt%的所述抗菌剂和质量分数为5-20wt%粘结剂混合，并进行造粒处理。由此，可以获得兼具抗菌性能和除垢性能的环境友好型抗菌除垢剂。

根据本发明的实施例，所述阻垢剂包括聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐、羟基乙叉二膦酸盐、氨基三亚甲基膦酸盐、乙二胺甲叉膦酸盐、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、膦酰基丁烷三羧酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸盐、膦酰基羧酸盐共聚物和食品级黑木耳粉中的至少之一。由此，可以提高复合材料在净水时的阻垢性能。

根据本发明的实施例，所述抗菌剂包括碳载氧化锌、碳载银、氧化锌包覆二氧化硅、二氧化钛包覆二氧化硅、氧化锌包覆海藻酸钙、氧化锌、氧化铜、碳酸锂、壳聚糖和肽类中的至少之一。由此，可以提高复合材料在净水时的抗菌性能。

根据本发明的实施例，所述粘结剂为明胶、甲基纤维素、三仙胶、聚乙烯醇缩丁醛、丙二醇藻蛋白酸酯和海藻胶中的至少一种。由此，可以减少复合材料在净水时的对于水质的污染。

根据本发明的实施例，所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中所述阻垢抗菌剂的浓度为10-25g/L。由此，可以提高复合材料在净水时的阻垢性能和抗菌性能。

根据本发明的实施例，所述阻垢抗菌剂的目数为100-250目。由此，可以提高复合材料的结构稳定性和使用寿命。

根据本发明的实施例，所述将所述碳纤维加入所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液之前进一步包括：对所述碳纤维进行活化处理。

根据本发明的实施例，所述活化处理包括：将所述碳纤维浸泡在活化剂溶液中，其中，所述活化剂包括硫酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钠、硝酸钙、磷酸氢二铵、柠檬酸以及磷酸中的至少之一。由此，可以提高碳纤维的表面活性。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种滤芯，包括：所述滤芯具有采用前述的方法制备得到的碳纤维复合材料。由此，该滤芯具有前述制备碳纤维复合材料的方法的全部特征及优点，在此不再赘述。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例制备碳纤维复合材料的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备碳纤维复合材料的方法，包括：将阻垢剂和抗菌剂混合造粒形成阻垢抗菌剂，将阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液混合均匀制成阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，再将碳纤维浸泡在阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中即可制得较好阻垢性能和抗菌性能的高活性碳纤维复合材料。

具体地，参考图1，制备复合材料的方法可以包括以下步骤：

S100：将阻垢剂和抗菌剂进行复配造粒

根据本发明的一些实施例，通过将阻垢剂和抗菌剂进行复配造粒以获得阻垢抗菌剂，具体地，复配造粒可以包括：将质量分数为65-75wt%的阻垢剂，质量分数为5-25wt%的抗菌剂和质量分数为5-20wt%粘结剂混合，并进行造粒处理。在本申请中，发明人发现，当仅在碳纤维复合材料中直接添加抗菌剂时，获得的碳纤维复合材料在具有较好抗菌性能的同时，由于抗菌剂通常为含有重金属离子的抗菌剂，其在净水过程中会从复合材料中析出，故会使得净化后的水体中重金属含量有所提升，从而导致净化后的水体中的重金属含量超标，无法满足使用需求。通过将较少量的含有重金属离子的抗菌剂与较大量的对水体友好的阻垢剂混合后制得阻垢抗菌剂后，再将阻垢抗菌剂与碳纤维进行复合，既可以体现抗菌剂的抗菌效果和阻垢剂的阻垢效果，又不会出现仅添加抗菌剂导致净化后水体重金属含量超标的问题，以及仅添加除垢剂使得微生物的生长导致水中细菌总数和亚硝酸盐等菌体代谢产物的超标的问题。

根据本发明的一些实施例，复配造粒的原料组成不受特别限制，例如，复配造粒时可以加入溶剂以提高阻垢剂和抗菌剂的相容性，具体地，溶剂可以为水或乙醇。根据本发明的另一些实施例，复配造粒时溶剂的用量不受特别限制，只要其能将阻垢剂、抗菌剂以及粘结剂溶解即可。

根据本发明的一些实施例，阻垢剂的种类不受特别限制，例如，阻垢剂可以包括聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐、羟基乙叉二膦酸盐、氨基三亚甲基膦酸盐、乙二胺甲叉膦酸盐、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、膦酰基丁烷三羧酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸盐、膦酰基羧酸盐共聚物和食品级黑木耳粉中的至少之一，从而可以通过生物友好性的阻垢剂的加入使得复合材料在净水工作时的具有较好的阻垢性能。进一步地，根据本发明的另一些实施例，发明人发现，当阻垢剂同时选择上述范围内的至少两种时，制得的复合材料在净水时的阻垢性能更佳。

根据本发明的一些实施例，阻垢剂中盐类的选择不受特别限制，例如，阻垢剂中的盐类可以包括钙盐、钠盐、钾盐和镁盐中的至少之一。当阻垢剂中的盐类为上述范围内的盐类时，阻垢剂的元素选择均为水体中常见的金属元素，阻垢剂的加入并未向水体中额外引入影响人体健康的金属元素，如重金属元素等，从而可以有效减少复合材料在净水时对于水质的污染，极大地提高了复合材料在净水时的安全性。

根据本发明的一些实施例，抗菌剂的种类不受特别限制，例如，抗菌剂可以包括碳载氧化锌、碳载银、氧化锌包覆二氧化硅、二氧化钛包覆二氧化硅、氧化锌包覆海藻酸钙、氧化锌、氧化铜、碳酸锂、壳聚糖和肽类中的至少之一。通过抗菌剂的加入可以使得碳纤维复合材料在处理微污染水时的的湿润环境中，其表面也不易于发生细菌、霉菌等微生物的滋生和繁殖，进而减少由于微生物的生长所导致的水中细菌总数和亚硝酸盐等菌体代谢产物的超标的问题，极大地提高了碳纤维复合材料的净水效果，并且由于抗菌剂是以阻垢抗菌剂的形式复合在碳纤维表面的，故在复合材料的净水过程中，抗菌剂中的金属离子不易析出溶解在水体中，造成水质的进一步污染。

根据本发明的一些实施例，粘结剂的种类不受特别限制，只要其不会对水体造成污染即可，例如，粘结剂可以为环境友好型材料，具体地，粘结剂可以为明胶、甲基纤维素、三仙胶、聚乙烯醇缩丁醛、丙二醇藻蛋白酸酯和海藻胶中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，复配造粒得到的颗粒直径不受特别限制，例如，可以通过复配造粒制备出粒径范围为0.5-1.5mm的阻垢抗菌剂，随后在100℃-150℃下烘干，粉碎为100-250目的阻垢抗菌剂待用。

根据本发明的一些实施例，阻垢抗菌剂的目数不受特别限制，例如，阻垢抗菌剂的目数可以为100-250目。当阻垢抗菌剂的目数为100-250目时，阻垢抗菌剂在氧化石墨烯溶液中的分散性较好，便于进行后续与碳纤维的复合。当阻垢抗菌剂的目数大于250目时，阻垢抗菌剂的粒径过小，阻垢抗菌剂与碳纤维后复合后稳定性较差，从而使得复合材料的阻垢性能和抗菌性能的寿命较短；当阻垢抗菌剂的目数小于100目时，阻垢抗菌剂的粒径过大，阻垢抗菌剂较难复合到碳纤维的多孔结构内部，即便复合到碳纤维的孔结构内部后也易发生脱落，从而影响复合材料阻垢性能和抗菌性能的稳定性，使其明显下降。

可以理解的是，上述将阻垢抗菌剂复合到碳纤维的多孔结构的内部是指将少量的阻垢抗菌剂设置在碳纤维的孔结构内部，而并未将碳纤维的孔结构堵塞，且阻垢抗菌仅需将碳纤维表面的部分孔结构进行部分填充，而无需将阻垢抗菌设置在碳纤维所有的孔结构内部，即可以实现较好的除垢和抗菌效果。

S200：将阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液

根据本发明的一些实施例，在该步骤将阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液，以获得阻垢抗菌氧化石墨烯溶液。

根据本发明的一些实施例，氧化石墨烯溶液的pH不受特别限制，例如，氧化石墨烯溶液的pH可以为6-7.5。发明人发现，氧化石墨烯溶液为中性溶液时，氧化石墨烯可以与碳纤维较好地复合形成复合材料。通过大量的理论分析和实验探究，发明人进一步发现，当氧化石墨烯溶液为酸性溶液时，如pH为6-7时，氧化石墨烯与碳纤维的复合效果更好，形成的复合材料的具有更好结构稳定性。

根据本发明的一些实施例，氧化石墨烯溶液的浓度不受特别限制，例如，氧化石墨烯溶液的浓度可以为1-4g/L。当氧化石墨烯溶液的浓度大于4g/L时，氧化石墨烯浓度过高，氧化石墨烯容易在碳纤维表面发生聚集，从而使得碳纤维表面的多孔结构被堵塞，无法实现较好的吸附效果；当氧化石墨烯溶液的浓度小于1g/L时，碳纤维表面附着的氧化石墨烯含量过低，无法较好地通过氧化石墨烯实现除菌效果。

根据本发明的一些实施例，制备上述氧化石墨烯溶液的方法不受特别限制，例如，可以采用Hummers法制备氧化石墨烯溶液。具体地，可以包括以下步骤：将1g的石墨粉和0.5g的硝酸钠加入到23ml的浓硫酸中，在冰水浴中揽拌时缓慢加入3g的高锰酸钾，使反应温度保持在10℃以下。接着将混合液转移到油浴锅中，在35℃条件下揽拌30分钟。然后，在混合液中加入46ml的超纯水，溶液变成褐色。接着在98℃的水浴锅中搅拌30分钟，加入140ml的温超纯水和2.5ml的过氧化氢，溶液的颜色由褐色变为黄色，将所得溶液离心分离，用超纯水和无水乙醇交替洗直到溶液pH呈中性，然后将氧化石墨烯溶液超声稀释至1-4g/L。

根据本发明的一些实施例，将阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液中得到的阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中阻垢抗菌剂浓度不受特别限制，例如，阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中阻垢抗菌剂的浓度可以为10-25g/L。当阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中阻垢抗菌剂的浓度小于10g/L时，阻垢抗菌剂的浓度较低，过滤时阻碍水垢生长和阻碍微生物增长的效果较差；当阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中阻垢抗菌剂的浓度大于25g/L时，阻垢抗菌剂的浓度过高，较易将碳纤维表面的多孔结构堵塞，碳纤维无法实现较好的吸附效果。

根据本发明的一些实施例，将碳纤维加入阻垢抗菌氧化石墨烯溶液之前进一步包括：对碳纤维进行活化处理。

根据本发明的一些实施例，为了进一步提高复合材料的复合效果，在将碳纤维加入阻垢氧化石墨烯溶液之前可以进一步包括：对碳纤维进行活化处理。干法工艺将碳纤维前驱体经过预处理、碳化等步骤，使得碳纤维表面产生纳米级的孔洞，比表面积得到显著提高，但干法工艺制备得到的碳纤维表面官能团活性较低，通过活化处理可以提高碳纤维表面官能团的反应活性。

根据本发明的一些实施例，活化处理的方法不受特别限制，例如，活化处理可以包括：将碳纤维浸泡在活化剂溶液中，其中，活化剂的种类不受特别限制，例如，活化剂可以包括硫酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钠、硝酸钙、磷酸氢二铵、柠檬酸以及磷酸中的至少之一。根据本发明的另一些实施例，活化剂溶液的浓度可以为0.1-1M。具体地，活化处理可以包括：将碳纤维浸泡在活化剂溶液中超声4-6h，然后水洗至中性，在气氛中烘干，自然冷却待用，其中，气氛可以为氮气、氦气和氩气中的至少之一，通过选择不含氧的气氛可以减少在烘干过程中碳纤维表面官能团与气体发生其他副反应，从而降低其官能团活性。

S300：将碳纤维加入阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，并进行湿法处理

根据本发明的一些实施例，在该步骤将碳纤维加入阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，并进行湿法处理以获得碳纤维复合材料。由此，可以获得具有较好阻垢性能和抗菌性能的用于净水的复合材料。

根据本发明的一些实施例，湿法处理的工艺不受特别限制，例如，湿法处理可以包括以下步骤：将碳纤维浸润在阻垢氧化石墨烯溶液中，并进行超声和/或震荡处理，随后将碳纤维从阻垢氧化石墨烯溶液中提拉，并重复进行多次超声和/或震荡以及提拉操作，即可以将阻垢剂和氧化石墨烯复合到碳纤维上，随后通过烘烤即可获得复合材料。根据本发明的另一些实施例，超声和/或震荡处理的时间不受特别限制，例如，超声和/或震荡处理的时间可以为1-4h后；以超声和/或震荡处理以及提拉处理为一次循环，循环次数也不受特别限制，例如，可以重复循环操作4-6次，以获得阻垢剂和氧化石墨烯复合效果较好的复合材料。

根据本发明的一些实施例，湿法处理的工艺不受特别限制，例如，湿法处理可以包括以下步骤：将碳纤维（例如可采用打碎成丝的碳纤维）浸泡在阻垢氧化石墨烯溶液中，随后通过外力（例如可采用抽真空处理）将含有阻垢氧化石墨烯的碳纤维缠绕在模具上，并用光滑的圆柱修正，保证尺寸的均匀性，随后进行烘烤处理即可以获得复合材料。

根据本发明的一些实施例，通过湿法处理制备得到的复合材料的形状不受特别限制，例如，复合材料的形状可以为卷膜、片材或块材。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种滤芯，包括：滤芯具有采用前述的方法制备得到的碳纤维复合材料。由此，该滤芯具有前述制备碳纤维复合材料的方法的全部特征及优点，在此不再赘述。

下面通过具体的实施例对本申请的方案进行说明，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

1.活化处理：将碳纤维浸泡在0.1M的硫酸溶液中超声4h，然后水洗至中性，在氮气气氛中70℃烘干，自然冷却待用。

2.阻垢抗菌剂的制备：按配方量称取15wt%的羟基乙叉二膦酸钠、60 wt%的膦酰基丁烷三羧酸钠、10 wt%的载氧化锌活性碳、15 wt%的明胶。将羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目，将载氧化锌活性碳粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠与明胶混合，边搅拌边添加乙醇，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为1.5mm的颗粒，然后在120℃烘干，再将阻垢抗菌剂粉碎为120目。

3.阻垢抗菌氧化石墨烯溶液制备：将阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯浓度为2g/L的氧化石墨烯溶液中超声混合，制成阻垢抗菌剂浓度为15g/L的阻垢抗菌剂氧化石墨烯溶液。

4.将经过活化处理的碳纤维浸泡在阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中超声、提拉，震荡2h、提拉，重复以上操作4次，烘干制得碳纤维复合材料。

5.将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维片。

实施例2

实施例2与实施例1保持一致，所不同的是，

活化剂为0.1M的硝酸溶液。

阻垢抗菌剂制备：按配方量称取17 wt%的衣康酸亚甲基丁二酸钠、60 wt%的膦酰基丁烷三羧酸钠、8 wt%的载氧化银活性碳、15 wt%的明胶。将衣康酸亚甲基丁二酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目，将载氧化银活性碳粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠、载氧化银活性碳与明胶混合。

将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维块。

实施例3

实施例3与实施例1保持一致，所不同的是，

活化剂为0.2M的氢氧化钠溶液，活化时间为2h。

阻垢抗菌剂制备：按配方量称取13 wt%的氨基三亚甲基膦酸钙、60 wt%的膦酰基丁烷三羧酸钙、12 wt%的氧化锌包覆二氧化硅、15 wt%的明胶。将氨基三亚甲基膦酸钙、膦酰基丁烷三羧酸钙粉碎为150目，将氧化锌包覆二氧化硅粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠、氧化锌包覆二氧化硅与明胶混合。

将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维块。

实施例4

实施例4与实施例1保持一致，所不同的是，

活化剂为0.3M的磷酸氢二铵溶液，活化时间为3h。

阻垢抗菌剂制备：按配方量称取15 wt%的衣康酸亚甲基丁二酸钠、60 wt%的膦酰基丁烷三羧酸钠、10 wt%的氧化锌包覆海藻酸钙、15 wt%的明胶。将衣康酸亚甲基丁二酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目，将氧化锌包覆海藻酸钙粉碎为120目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠、氧化锌包覆海藻酸钙与明胶混合。

将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维块。

对比例1

1.活化处理：将碳纤维浸泡在0.1M的硫酸溶液中超声4h，然后水洗至中性，在氮气气氛中70℃烘干，自然冷却待用。

2.阻垢剂制备：按配方量称取15 wt%的羟基乙叉二膦酸钠、60 wt%的膦酰基丁烷三羧酸钠、10 wt%的载氧化锌活性碳、15 wt%的明胶。将羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠粉碎为150目。将粉碎后的羟基乙叉二膦酸钠、膦酰基丁烷三羧酸钠与明胶混合，边搅拌边添加溶剂，混合均匀后，倒入造粒机制备出粒径为1.5mm的颗粒，然后在130℃烘干，再将阻垢剂粉碎为120目。

3.阻垢氧化石墨烯溶液制备：将阻垢剂加入氧化石墨烯浓度为2g/L的氧化石墨烯溶液中超声混合，制成阻垢剂浓度为15g/L阻垢剂氧化石墨烯溶液。

4.将经过活化处理的碳纤维浸泡在阻垢氧化石墨烯溶液中超声、提拉，震荡2h、提拉，重复以上操作4次，烘干制得碳纤维复合材料。

5.将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维片。

对比例2

1.活化处理：将碳纤维浸泡在0.1M的硫酸溶液中超声4h，然后水洗至中性，在氮气气氛中70℃烘干，自然冷却待用。

2.抗菌氧化石墨烯溶液制备：将碳载氧化银粉末加入氧化石墨烯浓度为2g/L氧化石墨烯溶液中超声混合，制成抗菌剂浓度为1.5g/L抗菌剂氧化石墨烯溶液；

3.将经过活化处理的碳纤维浸泡在阻垢氧化石墨烯溶液中超声、提拉，震荡2h、提拉，重复以上操作4次，烘干制得碳纤维复合材料。

4.将得到的碳纤维复合材料裁剪成碳纤维块。

对实施例1-4和对比例1-2中的碳纤维复合材料进行测试，测试方法：菌落数根据国标GB/T5750.12-2006生活饮用水标准检验方法微生物指标；金属离子检测根据国标GB/T5750.6-2006生活饮用水标准检验方法检测金属离子指标，阻垢率是按照GB/T 16632-2008检测水处理剂的阻垢性能，测定碳酸钙的沉积率，其中，流量指的是碳纤维复合材料可以净化的水的流量，单位为升（L）。

表1

结果如表1和表2所示。

测试结果表明：由表1可知，实施例1-4中的碳纤维复合材料中由于加入了抗菌剂，在具有原始菌落的水体中浸泡三天后，水体中的菌落数量均显著下降。由表2可知，实施例1-4中的碳纤维复合材料中由于加入了阻垢剂，在流量大于800L时仍具有高于90%的阻垢率，碳纤维复合材料在具有单位时间内较高水净化量的同时，还具有较高的阻垢率。综上，本发明中的碳纤维复合材料可以显著提高净化后的水体质量，净水效率和净水效果均较优，可以较好地满足使用需求。

由表1和表2可知，对比例1中的碳纤维复合材料中仅添加了阻垢剂，故其可在大流量下具有较高的阻垢率，但其对于水体中的菌落并没有抗菌效果，浸泡三天后水体中的菌落数量明显增大，净化后的水体安全性较差，无法满足使用要求。对比例2中的碳纤维复合材料中仅添加了抗菌剂，故其可以抑制水体中的菌落生长，但由于抗菌剂的析出现象，水体中的检出的银离子浓度达到了0.06mg/L，超过了国家标准要求的最大银离子析出浓度，净化后的水体安全性较差，且由于其未添加阻垢剂，在流量为100L时阻垢率仅为21%，净水效率和净水效果均较差，无法满足使用需求。

除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。在本发明中，无论是否使用“大约”或“约”等字眼，所有在此公开了的数字均为近似值。每一个数字的数值有可能会出现10%以下的差异或者本领域人员认为的合理的差异，如1%、2%、3%、4%或5%的差异。

在本申请的描述中，“A和/或B”可以包括单独A的情况，单独B的情况，A和B的情况的任一种，其中A、B仅用于举例，其可以是本申请中使用“和/或”连接的任意技术特征。

此处需要特别说明的是，在本申请中“化学组成相同”应做广义理解，即二者的主要成分具有一致的化学组成，或是二者化学组成基本一致，可具有本领域技术人员可理解的、本领域可允许范围内的误差或含有可允许范围内的杂质。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。另外，需要说明的是，本说明书中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，包括：

将阻垢剂和抗菌剂进行复配造粒，以获得阻垢抗菌剂；

将所述阻垢抗菌剂加入氧化石墨烯溶液，以获得阻垢抗菌氧化石墨烯溶液；

将碳纤维加入所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液，并进行湿法处理，以获得所述碳纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复配造粒包括：将质量分数为65-75wt%的所述阻垢剂，质量分数为5-25wt%的所述抗菌剂和质量分数为5-20wt%粘结剂混合，并进行造粒处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述阻垢剂包括聚天冬氨酸盐、聚环氧琥珀酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐、羟基乙叉二膦酸盐、氨基三亚甲基膦酸盐、乙二胺甲叉膦酸盐、二乙烯三胺五甲叉膦酸盐、膦酰基丁烷三羧酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸盐、膦酰基羧酸盐共聚物和食品级黑木耳粉中的至少之一。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述抗菌剂包括碳载氧化锌、碳载银、氧化锌包覆二氧化硅、二氧化钛包覆二氧化硅、氧化锌包覆海藻酸钙、氧化锌、氧化铜、碳酸锂、壳聚糖和肽类中的至少之一。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为明胶、甲基纤维素、三仙胶、聚乙烯醇缩丁醛、丙二醇藻蛋白酸酯和海藻胶中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液中所述阻垢抗菌剂的浓度为10-25g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻垢抗菌剂的目数为100-250目。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将碳纤维加入所述阻垢抗菌氧化石墨烯溶液之前进一步包括：对所述碳纤维进行活化处理。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述活化处理包括：将所述碳纤维浸泡在活化剂溶液中，其中，所述活化剂包括硫酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钠、硝酸钙、磷酸氢二铵、柠檬酸以及磷酸中的至少之一。

10.一种滤芯，其特征在于，包括：所述滤芯具有采用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到的碳纤维复合材料。

Images