CN111851059A - 一种过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布及其制备方法，该无纺布包括无纺布衬底，无纺布衬底上沉积有羧化壳聚糖，羧化壳聚糖上组装有氧化石墨烯，石墨烯改性无纺布为多孔疏松结构。该无纺布的制备方法包括以下步骤：(1)制备羧化壳聚糖溶液；(2)制备氧化石墨烯溶液；(3)将无纺布浸入到羧化壳聚糖溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，得到沉积有羧化壳聚糖的改性无纺布；(4)将步骤3中得到的改性无纺布浸入到氧化石墨烯溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，最终得到石墨烯改性无纺布。该无纺布在提高细颗粒物的吸收效率的同时，能够降低压降，压降最低可达10Pa，其成本低，制备方法简单，便于实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯改性无纺布及其制备方法，更具体地，涉及一种过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布及其制备方法
背景技术
随着人类工业化的日益发达，大气污染程度不断加重，细颗粒物，即PM2.5是指大气中空气动力学当量直径小于或等于2.5微米的颗粒物，其在大气中的含量很少，但却对人体健康和空气质量有重要的影响。有研究表明，PM2.5可被人体吸入肺中，增加患急性呼吸道疾病与心脑血管疾病的风险。因此，研究一种可高效捕获PM 2.5和具有低压降的材料具有重要的现实意义。目前常见的过滤材料通常为使用静电纺丝技术将将聚合物制成纤维，再与其它材料组装成复合膜材料，此方法制成的复合膜材料过滤效率可高达99.8％，但压降通常较高，且静电纺丝成本较高，工艺流程复杂，制备难度较大，难以实际应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种细颗粒物过滤效率高、压降低、成本低、制备简单的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布，本发明的另一目是提供该无纺布的制备方法。
技术方案：本发明所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布，包括无纺布衬底，无纺布衬底上沉积有羧化壳聚糖，羧化壳聚糖上组装有氧化石墨烯，石墨烯改性无纺布为多孔疏松结构。
其中，细颗粒物过滤效率为90.08％～99.91％，压降为10～60Pa。
本发明所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布制备方法，包括以下步骤：
(1)制备羧化壳聚糖溶液；
(2)制备氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到羧化壳聚糖溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，得到沉积有羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将步骤3中得到的改性无纺布浸入到氧化石墨烯溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，最终得到石墨烯改性无纺布。
其中，步骤1中的羧化壳聚糖溶液浓度为2-20mg/ml，步骤2中的氧化石墨烯溶液浓度为4-15mg/ml，步骤3中无纺布浸入到羧化壳聚糖溶液的时间为1-5h，冷冻干燥时间为24-72h，步骤4中改性无纺布浸入到氧化石墨烯溶液中时间为1-5h，冷冻干燥时间为24-72h。
制备原理：氧化石墨烯比表面积大，具有丰富的官能团，而壳聚糖本身物理性质温和，使得其与无纺布复合后依然能与皮肤保持较好的亲和性，壳聚糖与石墨烯的复合协同作用能够为织物提供较大的吸附过滤面积，并且增加了细颗粒物的附着位点，无纺布本身的纤维结构提供数十微米级的孔，可有效降低压降。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、在提高细颗粒物的吸收效率的同时，能够降低压降，压降最低可达10Pa；2、成本低，制备方法简单，便于实际应用。
附图说明
图1是实施例1的扫描电子显微镜图；
图2是实施例1中的沉积有羧化壳聚糖的改性无纺布的扫描电子显微镜图；
图3是纯无纺布的扫描电子显微镜图；
图4是实施例1的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
(1)将10mg羧化壳聚糖分散到5ml水中，振荡混匀1min，超声5min得到分散度良好、浓度为2mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将24mg氧化石墨烯分散到6ml水中，振荡混匀1min，超声6min得到分散度良好、浓度为4mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为2mg/ml羧化壳聚糖溶液中1h后，冷冻干燥24h，真空热烘干8h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为4mg/ml的氧化石墨烯溶液中1h后,冷冻干燥24h，真空热烘干8h，得到石墨烯改性无纺布。
从图4可以看出，2θ＝25.3°的衍射峰对应为石墨烯型碳，说明石墨烯沉积在了无纺布上，从图3可以看出，无纺布由光滑的微米级纤维组成，从图2可以看出，壳聚糖在无纺布表面覆盖为一层光滑的表面，从图1可以看出，石墨烯改性无纺布为多孔疏松结构。
实施例2
(1)将10mg羧化壳聚糖分散到2ml水中，振荡混匀2min，超声10min得到分散度良好、浓度为5mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将24mg氧化石墨烯分散到4ml水中，振荡混匀4min，超声10min得到分散度良好、浓度为6mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为5mg/ml羧化壳聚糖溶液中2h后，冷冻干燥48h，真空热烘干12h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为6mg/ml的氧化石墨烯溶液中2h后,冷冻干燥48h，真空热烘干12h，得到石墨烯改性无纺布。
实施例3
(1)将10mg羧化壳聚糖分散到1ml水中，振荡混匀5min，超声20min得到分散度良好、浓度为10mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将24mg氧化石墨烯分散到3ml水中，振荡混匀6min，超声15min得到分散度良好、浓度为8mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为10mg/ml羧化壳聚糖溶液中3h后，冷冻干燥48h，真空热烘干12h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为8mg/ml的氧化石墨烯溶液中3h后,冷冻干燥48h，真空热烘干12h，得到石墨烯改性无纺布。
实施例4
(1)将12mg羧化壳聚糖分散到1ml水中，振荡混匀5min，超声20min得到分散度良好、浓度为12mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将10mg氧化石墨烯分散到1ml水中，振荡混匀10min，超声20min得到分散度良好、浓度为10mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为12mg/ml羧化壳聚糖溶液中4h后，冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为10mg/ml的氧化石墨烯溶液中4h后,冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到石墨烯改性无纺布。
实施例5
(1)将15mg羧化壳聚糖分散到1ml水中，振荡混匀10min，超声30min得到分散度良好、浓度为15mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将12mg氧化石墨烯分散到1ml水中，振荡混匀15min，超声25min得到分散度良好、浓度为12mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为15mg/ml羧化壳聚糖溶液中5h后，冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为12mg/ml的氧化石墨烯溶液中5h后,冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到石墨烯改性无纺布。
实施例6
(1)将20mg羧化壳聚糖分散到1ml水中，振荡混匀15min，超声30min得到分散度良好、浓度为20mg/ml羧化壳聚糖溶液；
(2)将15mg氧化石墨烯分散到1ml水中，振荡混匀15min，超声25min得到分散度良好、浓度为15mg/ml氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到浓度为20mg/ml羧化壳聚糖溶液中5h后，冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将组装了一层羧化壳聚糖的改性无纺布浸入到浓度为15mg/ml的氧化石墨烯溶液中5h后,冷冻干燥72h，真空热烘干24h，得到石墨烯改性无纺布。
对比例
(1)将24mg氧化石墨烯分散到6ml水中，振荡混匀1min，超声6min得到分散度良好、浓度为4mg/ml氧化石墨烯溶液；
(2)将无纺布浸入到浓度为4mg/ml的氧化石墨烯溶液中1h后,冷冻干燥24h，真空热烘干8h，得到石墨烯沉积的无纺布。
在以燃烧的线香为PM发生源、细颗粒物PM2.5浓度为200～4000μg/m3、流速为2.83L/min的情况下对实施例1～实施例6、对比例进行PM过滤测试，所得结果如表1所示：
表1实施例1～实施例6、对比例的PM过滤测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 对比例 | |
| 过滤效率 | 90.08％ | 91.44％ | 95.40％ | 98.11％ | 99.33％ | 99.91％ | 89.58％ |
| 压降(Pa) | 10 | 20 | 40 | 50 | 30 | 60 | 75 |
Claims (7)
1.一种过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布，其特征在于，包括无纺布衬底，所述无纺布衬底上沉积有羧化壳聚糖，所述羧化壳聚糖上组装有氧化石墨烯，所述石墨烯改性无纺布为多孔疏松结构。
2.根据权利要求1所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布，其特征在于，细颗粒物过滤效率为90.08％～99.91％，压降为10～60Pa。
3.一种权利要求1所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备羧化壳聚糖溶液；
(2)制备氧化石墨烯溶液；
(3)将无纺布浸入到羧化壳聚糖溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，得到沉积有羧化壳聚糖的改性无纺布；
(4)将步骤3中得到的改性无纺布浸入到氧化石墨烯溶液中，经过冷冻干燥、真空热烘干，最终得到石墨烯改性无纺布。
4.根据权利要求3所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的羧化壳聚糖溶液浓度为2-20mg/ml。
5.根据权利要求3所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的氧化石墨烯溶液浓度为4-15mg/ml。
6.根据权利要求3所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布的制备方法，其特征在于，所述步骤3中无纺布浸入到羧化壳聚糖溶液的时间为1-5h，冷冻干燥时间为24-72h。
7.根据权利要求3所述的过滤细颗粒物用石墨烯改性无纺布的制备方法，其特征在于，所述步骤4中改性无纺布浸入到氧化石墨烯溶液中时间为1-5h，冷冻干燥时间为24-72h。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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