一种纳米材料抑菌口罩及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米材料抑菌口罩，包括滤材，所述滤材包括竹炭纤维和氧化石墨烯；所述竹炭纤维为内部呈中空状，管壁呈螺旋状的竹炭纤维。在制备产品时，包括：改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取10‑20份氧化石墨烯，80‑100份无水乙醇，10‑20份脂肪酸，8‑10份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，超声分散均匀，再经加热回流反应后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯。本申请技术方案所得产品不仅具有较小的吸气阻力，同时可以具有良好的过滤效率；有效解决了过滤效率和吸气阻力之间的矛盾。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米材料抑菌口罩及其制备方法
本专利技术涉及防病毒、PM2.5口罩
，特别是涉及一种基于竹炭纤维与氧化石墨烯复合的纳米材料抑菌口罩及其制备方法。
技术介绍
当前，中国大气污染形势严峻。首要污染物多为PM2.5、PM10，北京的PM2.5值突破900。空气污染不仅能通过物理、化学、生物的侵蚀作用对周围物体产生破坏性影响，而且污染气体经呼吸系统(肺部)、皮肤表皮等部位对我们的呼吸道系统、神经系统、免疫能力、皮肤、肝脏、内分泌系统等产生毒害作用。同时能影响人的精神状态，易于出现疲劳、紧张等不良反应，降低工作、学习效率。长期在空气质量较差的环境中生活和工作，不仅会引起呼吸功能下降、呼吸道症状加重，还会导致慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等疾病，严重的还会导致肺癌、鼻咽癌患病率的增加。因此，以可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定，中国大气污染治理已刻不容缓。在个人防护方面，针对个人防护的复合过滤材料，例如口罩，据统计2011年我国口罩销售量达到10亿只，随着经济继续增长，居民生活水平的提高，消费者对口罩的需求量还将保持快速增长。防护口罩的滤材主要分两类，即防尘类及防毒类。它们的作用都是将有害气溶胶，包括粉尘、熏烟、雾滴、毒气和毒蒸气等经滤材吸附、阻挡而不被人所吸入。对于好的防护口罩的滤材，应具备以下三个条件：一是在面具与使用者面部密合良好的情况下过滤效率高；二是呼吸阻力小；三是使用者感觉舒适。防尘类口罩滤材的材质有多种，包括普通织物、动物毛、无纺布等，为此，我们提出了一种口罩用滤材及使用该滤材的口罩。
技术实现思路
本专利技术的一方面，在于提供一种纳米材料抑菌口罩，以解决现有技术中口罩滤材的过滤效果不佳的弊端。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种纳米材料抑菌口罩，包括滤材，所述滤材包括竹炭纤维和氧化石墨烯；所述竹炭纤维为内部呈中空状，管壁呈螺旋状的竹炭纤维。上述技术方案利用特殊结构的竹炭纤维构筑滤材，其中空状结构可提供空气进出的通道，而其螺旋结构的存在可提高中空管状结构的内外比表面积，使空气中的细菌、病毒和PM2.5等成分可有效被螺旋结构的巨大表面吸附固定；而在产品使用过程中，吸气时，空气沿着螺旋结构外壁表面孔隙进入内壁，细菌、病毒和PM2.5等成分被外壁截留，而呼气时，空气沿着螺旋结构内壁孔隙吹出，将外壁粘附的这些成分吹落，有效避免上述对人体有害成分滞留在口罩表面。本专利技术的另一方面，在于提供一种纳米材料抑菌口罩的制备方法，以解决现有技术中口罩滤材的过滤效果不佳的弊端。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种纳米材料抑菌口罩的制备方法，具体制备步骤包括：改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取10-20份氧化石墨烯，80-100份无水乙醇，10-20份脂肪酸，8-10份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，超声分散均匀，再经加热回流反应后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯。上述技术方案先将氧化石墨烯和无水乙醇、脂肪酸、钛酸酯混合，在后续加热回流反应过程中，无水乙醇中的醇羟基和脂肪酸中的羧基之间发生脱水缩合，而钛酸酯作为脱水剂，一旦有水分生成即可和钛酸酯发生反应，使钛酸酯发生水解，水解产生的二氧化钛晶核被氧化石墨烯吸附，可有效避免纳米二氧化钛的团聚长大；并使其良好分散于氧化石墨烯层间结构中，在后续抽滤过程中，抽滤压力使层间结构压缩，并将纳米二氧化钛重新压缩，并将纳米二氧化钛吸附固定，在使用过程中，避免纳米二氧化钛的流失，使其发挥长效的抑菌抗病毒效果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种纳米材料抑菌口罩，包括滤材，所述滤材包括竹炭纤维和氧化石墨烯；所述竹炭纤维为内部呈中空状，管壁呈螺旋状的竹炭纤维。进一步的，所述竹炭纤维管壁上分散有纳米二氧化硅，且部分纳米二氧化硅与竹炭中炭质成分形成硅-碳化学键合。进一步的，所述氧化石墨烯为层间嵌有纳米二氧化钛的氧化石墨烯。一种纳米材料抑菌口罩的制备方法，具体制备步骤包括：改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取10-20份氧化石墨烯，80-100份无水乙醇，10-20份脂肪酸，8-10份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，超声分散均匀，再经加热回流反应后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯。进一步的，所述钛酸酯为钛酸四甲酯、钛酸四乙酯或钛酸四丁酯中的任意一种。进一步的，所述具体制备步骤包括：竹炭纤维的处理：将含水率为20-40％的竹纤维浸渍于无水乙醇中，并加入竹纤维质量10-15％的硅酸酯，加热搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得预处理竹纤维；再将预处理竹纤维于惰性气体保护状态下，缓慢升温至1000-1200℃，保温炭化1-4h后，冷却出料，即得改性竹炭纤维。进一步的，所述硅酸酯为硅酸甲酯、硅酸乙酯或硅酸丙酯中的任意一种。进一步的，所述缓慢升温为：以1.5-2.0℃/min速率升温至400-500℃后，继续以0.3-0.6℃/min速率升温至1000-1200℃。实施例1改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取10份氧化石墨烯，80份无水乙醇，10份脂肪酸，8份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，于超声频率为40kHz条件下，超声分散50min，再于温度为80℃条件下，加热回流反应3h后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯；所述钛酸酯为钛酸四甲酯；竹炭纤维的处理：将含水率为20％的竹纤维浸渍于无水乙醇中，并加入竹纤维质量10％的硅酸酯，加热搅拌反应后，过滤，洗涤和干燥，得预处理竹纤维；再将预处理竹纤维于惰性气体保护状态下，以1.5℃/min速率升温至400℃后，继续以0.3℃/min速率升温至1000℃，保温炭化1h后，冷却出料，即得改性竹炭纤维；所述硅酸酯为硅酸甲酯；滤材的制备：将改性竹炭纤维制成无纺布材；将改性氧化石墨烯通过涂布方式涂刷于无纺布材表面；再将涂刷了改性氧化石墨烯的无纺布材置于烘箱中，于惰性气体保护状态下，加热至120℃，保温热处理3h后，冷却至室温，出料，得滤材；将滤材作为过滤层制成口罩。实施例2改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取15份氧化石墨烯，90份无水乙醇，15份脂肪酸，9份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，超声分散均匀，再经加热回流反应后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯；所述钛酸酯为钛酸四乙酯；竹炭纤维的处理：将含水率为30％的竹纤维浸渍于无水乙醇中，并加入竹纤维质量12％的硅酸酯，加热搅拌反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米材料抑菌口罩，其特征在于，包括滤材，所述滤材包括竹炭纤维和氧化石墨烯；/n所述竹炭纤维为内部呈中空状，管壁呈螺旋状的竹炭纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料抑菌口罩，其特征在于，包括滤材，所述滤材包括竹炭纤维和氧化石墨烯；
所述竹炭纤维为内部呈中空状，管壁呈螺旋状的竹炭纤维。


2.根据权利要求1所述的一种纳米材料抑菌口罩，其特征在于，所述竹炭纤维管壁上分散有纳米二氧化硅，且部分纳米二氧化硅与竹炭中炭质成分形成硅-碳化学键合。


3.根据权利要求1所述的一种纳米材料抑菌口罩，其特征在于，所述氧化石墨烯为层间嵌有纳米二氧化钛的氧化石墨烯。


4.一种纳米材料抑菌口罩的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
改性氧化石墨烯的制备：按重量份数计，依次取10-20份氧化石墨烯，80-100份无水乙醇，10-20份脂肪酸，8-10份钛酸酯；先将氧化石墨烯、无水乙醇、脂肪酸和钛酸酯混合后，超声分散均匀，再经加热回流反应后，抽滤，洗涤和干燥，得改性氧化石墨烯。


5.根据权利要求4所述的一种纳米材料抑...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶显柱，张亚非，赵波，叶小亮，姚路，刘丕均，黄诚，
申请(专利权)人：南京微米电子产业研究院有限公司，南京森纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32