一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于空气净化材料技术领域，尤其涉及一种兼具拦截PM1.0与除臭的空气净化材料，材料具备主要由石墨烯片搭接形成的三维网状层次孔结构，三维网状层次孔结构包括随机分布的大孔、中孔和小孔；大孔的孔容为0.05cm

A kind of air purifying material with deodorizing and intercepting PM1.0 effect and its preparation method

The invention belongs to the technical field of air purification materials, especially relates to both intercept PM1.0 deodorization and air purification materials, materials with hierarchical pore structure is mainly composed of three-dimensional graphene sheet lap formation, three-dimensional hierarchical porous structure including a large hole and a random distribution in the hole and a small hole; macroporous Kong Rong 0.05cm

【技术实现步骤摘要】
一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料及其制备方法
本专利技术属于空气净化材料
，尤其涉及一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料及其制备方法。
技术介绍
随着工业的发展，中国的许多大中城市频频产生雾霾天气，严重威胁着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，病毒、病菌等可能会附着在大气的颗粒物上，引发多种疾病。同时，人类活动产生的大量垃圾臭味、烟草臭味、厕所臭味、脚臭等恶臭严重的影响了人类正常的生产生活，如何对这些空气污染物进行高效清理的问题正严重困扰着人类。通常来说，粒径在4.7～10μm的颗粒物可以进入鼻腔和喉咙，这一阶段是可逆的，人体可以咳出来；当粒径达到2.5～4.7μm时，颗粒物就会进入气管和支气管；达到2.5μm以下时，即PM2.5，颗粒物将进入支气管末端；当颗粒物直径降低到1μm以下时，就形成了PM1.0，这种细颗粒物就可以进入肺泡血液，对人体健康造成极大的影响。与其余各种细颗粒物相比，PM1.0颗粒具有在大气中停留时间长、输送距离远、携带有害物质多等特点，应当作为未来防治雾霾工程中首要的拦截目标。空气中的臭气成分主要包含氨气、胺类等氮化合物，硫化氢、甲基硫醇等硫系化合物，醋酸、异戊酸等脂肪酸，甲醛、乙醛等醛类。伴随着近年来人类居住环境的改善，室内的气密性提高，恶臭气体对人类生存质量的影响愈加严重。目前控制和消除雾霾的研究多聚焦于对PM2.5的过滤，而关于如何更精细化、更有效拦截PM1.0的工作却鲜有报道。传统的防尘防霾材料，孔隙直径过大，根本无法有效阻止微米级的颗粒。市场上虽然也出现了许多新型防霾滤材，这些材料通常都是通过增加厚度和层数来实现其拦截功能，不仅透气性差，同时对于PM1.0这种粒径的细颗粒物基本没有拦截效果。此外，人们去除空气中恶臭气体的需求也不容忽视。目前已知的常用除臭材料有活性炭、二氧化硅、活性氧化铝、海泡石、天然或合成的沸石等各种铝硅酸盐，但是，这些固体除臭剂只对酸性臭气或碱性臭气等特定的臭气有效果，大多称不上具有充分的除臭效果。虽然也已经开发出多种利用金属离子配位键合作用同时吸附多种恶臭的除臭材料，但是它们负载金属离子能力普遍较差，无法充分发挥除臭作用。所以，需开发一种具有优异拦截性能和透气性能、能够有效阻挡PM1.0等大气污染物，同时兼具良好除臭效果并且制备工艺简单，成本低廉的过滤材料。自2004年被发现以来，石墨烯这种具有二维晶体结构的材料立即引起了学术和工业界极大的兴趣。近年来，因其优异的力学性能和吸附性能，石墨烯在吸附及拦截空气污染物方面的应用成为新的研究焦点。经过检索发现公开号为CN105266238A的中国专利技术专利申请公开了“一种基于氧化石墨烯的绿色防霾口罩及其制备方法”，该防霾口罩主要是在无纺布上喷涂一定浓度一定体积的抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-纳米银溶液，这种材料不仅起到过滤和抗微生物的双重作用，其对细菌真菌等微生物也有强大的抑制杀灭作用。但是其滴涂的方式会造成基材孔隙的堵塞，降低材料的透气性能，给使用者带来呼吸不畅的不适感。经过检索发现公开号为CN104525107A的中国专利技术专利申请公开了“一种石墨烯基防雾霾口罩滤材及其制备方法”，该口罩滤材是氧化石墨烯组装的三维石墨烯海绵结构，通过改变交联剂的加入量可以实现对氧化石墨烯尺寸和形状的调控。但是交联剂的加入使得滤材孔隙较小，气阻较大，极大地影响了口罩的佩戴舒适性。经过检索发现公开号为CN104069525A的中国专利技术专利申请公开了“除臭剂”，该除臭剂包括选自氧化锌和碳酸锌中的至少一种锌化合物、并选择甘氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸盐和肌氨酸的组中的至少一种氨基酸为有效成分。这种除臭剂可溶于水及多种有机溶剂且能够效率良好地实现包括氨气、硫化氢、脂肪酸、醛类在内的多种恶臭气体的除臭。但是由于其结构松散，负载金属离子能力较差，无法真正实现高效除臭。片状或单一孔型的石墨烯的加入无法有效拦截PM1.0，不仅透气量差，长时间使用还会出现片层脱落的问题，影响拦截效率。而现有的一些除臭材料，由于除臭剂的负载量低、材料孔隙过大等原因，无法实现高效除臭，使用时还会出现除臭剂颗粒脱附，无法满足人们对空气净化材料的需求。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料及其制备方法，该材料中，石墨烯在材料的表面和/或内部搭接形成完善的三维网状层次孔结构。这种结构使得空气净化材料具有丰富的孔径分布，其中，均匀分布的中孔和小孔可以实现对PM1.0颗粒的精准拦截，而大孔的存在，又可以保证气流的顺畅流动，有效降低了拦截气阻，提高了拦截效率。石墨烯片层上负载的大量金属离子或金属氧化物，可以通过配位键合吸附多种恶臭气体，包括氨气、胺类等氮化合物，硫化氢、甲基硫醇等硫系化合物，醋酸、异戊酸、己酸等低级脂肪酸乃至高级脂肪酸，甲醛、乙醛等醛类等。采用本专利技术提供的材料，不仅实现了对PM1.0的准确拦截与除臭功能，同时解决了传统拦截过程中通气量小和易脱落的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料及其制备方法，该材料中，石墨烯在材料的表面和/或内部搭接形成完善的三维网状层次孔结构。这种结构使得空气净化材料具有丰富的孔径分布，其中，均匀分布的中孔和小孔可以实现对PM1.0颗粒的精准拦截，而大孔的存在，又可以保证气流的顺畅流动，有效降低了拦截气阻，提高了拦截效率，石墨烯片层上负载的大量金属离子或金属氧化物，可以通过配位键合吸附氨气、胺类等氮化合物，硫化氢、甲基硫醇等硫系化合物，醋酸、异戊酸、己酸等低级脂肪酸乃至高级脂肪酸，甲醛、乙醛等醛类等多种恶臭气体。采用本专利技术提供的材料，不仅实现了对PM1.0的准确拦截和除臭功能，同时解决了传统拦截过程中通气量小和易脱落的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，所述材料具备主要由石墨烯片搭接形成的三维网状层次孔结构，所述三维网状层次孔结构包括随机分布的大孔、中孔和小孔；所述大孔的孔容为0.05cm3/g～1.05cm3/g、孔径大于1000nm；所述中孔的孔容为0.10cm3/g～1.20cm3/g、孔径为100-1000nm；所述小孔的孔容为0.10cm3/g～1.40cm3/g、孔径小于100nm；石墨烯的片层上负载有金属离子或金属氧化物。这是本专利技术的一种技术方案，即自支撑的空气净化材料。作为本专利技术兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料的一种改进，所述三维网状层次孔结构主要由石墨烯片在多孔基材的表面和/或内部搭接形成。这是本专利技术的另一种技术方案，即基材支撑的空气净化材料。作为本专利技术兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料的一种改进，搭接的石墨烯片之间通过化学键和范德华力结合，化学键主要为C-C键和C-O-C键，，以提高搭接强度；所述石墨烯片的片层数小于或等于10，层数太多会影响材料的透气性；所述石墨烯的片层上负载有银纳米颗粒。此时，该材料还具有抗菌效果。作为本专利技术兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料的一种改进，所述的金属离子包括银离子、锌离子、铝离子、钴离子、锆离子、铁离子、铜离子、镍离子、铂离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，其特征在于：所述材料具备主要由石墨烯片搭接形成的三维网状层次孔结构，所述三维网状层次孔结构包括随机分布的大孔、中孔和小孔；所述大孔的孔容为0.05 cm

【技术特征摘要】
1.一种兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，其特征在于：所述材料具备主要由石墨烯片搭接形成的三维网状层次孔结构，所述三维网状层次孔结构包括随机分布的大孔、中孔和小孔；所述大孔的孔容为0.05cm3/g~1.05cm3/g、孔径大于1000nm；所述中孔的孔容为0.10cm3/g~1.20cm3/g、孔径为100-1000nm；所述小孔的孔容为0.10cm3/g~1.40cm3/g、孔径小于100nm；石墨烯的片层上负载有金属离子或金属氧化物。2.根据权利要求1所述的兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，其特征在于：所述三维网状层次孔结构主要由石墨烯片在多孔基材的表面和/或内部搭接形成。3.根据权利要求1或2所述的兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，其特征在于：搭接的石墨烯片之间通过化学键和范德华力结合，化学键主要为C-C键和C-O-C键；所述石墨烯片的片层数小于或等于10；所述石墨烯的片层上负载有银纳米颗粒。4.一种权利要求1或2所述的兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料，其特征在于，所述的金属离子包括银离子、锌离子、铝离子、钴离子、锆离子、铁离子、铜离子、镍离子、铂离子中的至少一种；所述的金属氧化物包括氧化锌和/或氧化铝。5.一种权利要求1所述的兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：第一步，超声处理氧化石墨烯分散液；第二步，将第一步得到的溶液转入反应釜中，将反应釜加热至60~200℃并恒温0.5~48h后自然冷却，将冷却后的材料置于金属盐溶液中并浸泡6~48h；或将第一步得到的氧化石墨烯分散液与金属氧化物前驱体同时加入到反应釜中，将反应釜加热至60~200℃并恒温0.5~48h后自然冷却；第三步，将第二步得到的材料冷冻干燥，得到兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料。6.根据权利要求5所述的兼具除臭及拦截PM1.0效果的空气净化材料的制备方法，其特征在于，第一步中超声处理的频率为40~200kHz，超声处理的持续时间为30~180min；第一步所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.5~20mg/mL。7.根据权利要求5所述的兼具除臭及拦截PM1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰，杨全红，梁家琛，凌国维，肖菁，韩俊伟，陶莹，游从辉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12