CN106192376A - 石墨烯材料涂层及其制备方法、以及空气过滤装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气过滤技术领域，特别涉及石墨烯材料涂层及其制备方法，还涉及基于石墨烯材料涂层的空气过滤装置及系统。所述石墨烯材料涂层的制备方法包括以下步骤：S1）、配置浆料分散原液：溶剂中加入分散剂与粘结剂，搅拌生成浆料分散原液；S2）、形成石墨烯表面涂层：将石墨烯粉体加入所述浆料分散原液中，经过搅拌匀浆后施于载体表面，干燥后即得石墨烯材料涂层成品。通过本发明可以提高气体中有害物质吸附率，避免了因吸附不牢而造成的二次污染。

Description

石墨烯材料涂层及其制备方法、以及空气过滤装置及系统
技术领域
本发明涉及空气过滤技术领域，特别涉及石墨烯材料涂层及其制备方法，还涉及基于石墨烯材料涂层的空气过滤装置及系统。
背景技术
伴随着人类工业技术的发展，人类对自然的影响日益显著，大气污染物也逐渐增多。大气污染物往往可以分为两类：气溶胶类大气污染物与气体大气污染物。其中，气溶胶类大气污染物的化学组成，往往包括各种盐类(阳离子：铵根、钾、钠、镁、钙等；阴离子：硫酸根、硝酸根、氯离子、有机酸根等)，金属颗粒，沙尘，无机碳颗粒(如黑碳，高分子碳颗粒等)，各类有机物(VOCs小液滴，PAHs，花粉，高分子颗粒等)，硫酸蒸汽等等；而气体大气污染物则包括了氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、低级烷烃等VOCs、卤化氢、硫化氢、氨、有机胺等。
当前,常见的过滤空气技术有两种方式:一种是HEPA高效过滤网(由PP等高分子材料制成，或玻璃纤维等无机材料制成)，对空气中污染物颗粒的高效去除率,这种滤网能够有效地将尺寸在0.3微米以上的颗粒进行去除，去除率能达到99.7％。另一种是采用活性炭夹层布或者活性炭涂层布的方式，空气中的杂质气体被吸附在活性炭层上，从而实现对气体污染物的去除。
然而,上述两种常见的过滤空气技术中仍然存在着缺陷上述几种气体过滤材料都不能实现不可逆的吸附特性，往往会带来二次污染，失去效用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种石墨烯材料涂层及其制备方法，还提供一种基于石墨烯材料涂层的空气过滤装置及系统。
本发明提供一种石墨烯材料涂层，其中所述的石墨烯材料为石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以为单层石墨烯、寡层石墨烯或多层石墨烯中的一种或几种(寡层石墨烯为一层以上，三层以下的石墨烯，多层石墨烯为三层以上，十层以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯包括氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种。
本发明提供的石墨烯材料涂层，是基于石墨烯材料具有优异的表面化学特性，对自由基的亲和性，对含有苯环的化合物能够起到π-π吸附的作用等。最关键的是，石墨烯材料自身对于多环芳烃类化合物具有显著的吸附能力，并且吸附的非常紧密，在各类溶剂溶解下都不会被洗出。本发明通过遴选合适的溶剂，使其与粘结剂共混后能够均匀的包覆在助滤层材料表面形成滤膜，从而使助滤层表面形成均匀稳定的滤膜，在使气体能够稳定流通的同时，能够将大气中的有害成分(如，PAHs，PM2.5，PM10，氮氧化物，硫氧化物，臭氧，其他挥发/半挥发性有机物等)阻隔和吸附在石墨烯材料形成的涂层中，使滤过后的空气能够安全的呼吸。通过官能化的方式在石墨烯上引入不同官能团，还能指向性更强的对一些其他的污染物进行去除，如对重金属、硫氧化物、氮氧化物、甲醛、二甲苯等污染物，可以通过不同官能团的接枝使其吸附不发生解离，从而提高去除率，避免了二次污染。
本发明还提供一种石墨烯材料涂层制备方法，其包括以下步骤：
S1)、配置浆料分散原液：溶剂中加入分散剂与粘结剂，将搅拌生成浆料分散原液。
S2)、形成石墨烯材料涂层：将石墨烯材料加入上述浆料分散原液中，经过搅拌匀浆后涂布在载体表面，干燥后即得石墨烯材料涂层成品。
其中，步骤S1)中：
所述溶剂包括水、去离子水、超纯水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、正戊烷、醋酸乙酯、丁酮、庚烷、苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、醋酸异丁酯、醋酸正丁酯、间二甲苯、正丁醇、2-庚酮、正己烷、乙二醇二甲醚、石油醚、乙二醇二乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和异丙醇中的一种或几种；
优选的，所述的溶剂为去离子水、乙醇、醋酸乙酯、丁酮、石油醚、碳酸二乙酯和正己烷中的一种或几种；
优选的,所述的溶剂是经过纯化处理的；
优选的，所述纯化处理包括有机溶剂纯化和水性溶剂纯化；其中,所述有机溶剂纯化方式包括重蒸、去水和干燥中的一种或几种；所述水性溶剂的纯化方式包括重蒸、去离子和反渗透中的一种或几种。
所述的分散剂包括聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、胆酸钠、四甲基碳酸氢铵、四乙基碳酸氢铵、四丁基碳酸氢铵、十二烷基四甲基碳酸胍、十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸钠中的一种或几种；
优选的，所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和四丁基碳酸氢铵中的一种或几种。
所述的粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、海藻酸钠、果胶酸钠、鹿角酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精、麦芽糊精、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氨酯和有机聚硅氧烷中的一种或几种；
优选的，所述粘结剂为聚醋酸乙烯酯乳液、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精和环氧树脂中的一种或几种。
所述浆料分散原液中分散剂的质量体积比为0.1-5％；
所述浆料分散原液中粘结剂的质量体积比为5-40％。
其中步骤S2)中：
所述石墨烯材料为石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以为单层石墨烯、寡层石墨烯或多层石墨烯中的一种或几种(寡层石墨烯为一层以上，三层以下的石墨烯，多层石墨烯为三层以上，十层以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯为氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种；
优选的，所述石墨烯材料涂层成品的涂层厚度为3-200um。
本发明另外提供一种空气过滤装置，所述空气过滤装置包括前述石墨烯材料涂层的过滤层。
优选的，所述空气过滤装置还包括支撑层；所述支撑层位于所述过滤层的两侧。
优选的，所述支撑层的组成材料包括聚丙烯类针刺/水刺无纺布、丙纶短纤滤布、丙纶长纤滤布、聚对苯二甲酸酯类针刺/水刺无纺布、涤纶长纤滤布、涤纶短纤滤布、纯棉针刺/水刺无纺布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、聚丙烯滤纸、玻璃纤维、纤维素滤纸、复合聚丙烯-聚对苯二甲酸酯滤纸、熔喷涤纶无纺布、熔喷玻璃纤维、微孔陶瓷滤板、微孔聚丙烯滤板、醋酸纤维素丝束滤芯、聚丙烯丝束滤芯和棉花滤芯中的一种或几种。
优选的，所述空气过滤装置还包括外包层；所述外包层位于支撑层的外侧。
优选的，所述空气过滤装置外包层的组成材料包括纯棉纱布、纯棉绉布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、丙纶长纤滤布、丙纶短纤滤布、聚丙烯框架和聚乙烯框架中的一种或几种。
本发明还提供一种空气过滤系统，所述空气过滤系统包括前述的空气过滤装置。
本发明所提供的空气过滤装置和空气过滤系统中均设有前述石墨烯材料涂层，因此所述空气过滤装置和空气过滤系统具有相应的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明空气过滤装置剖面结构简图。
附图标记说明：
1、过滤层；2、支撑层/助滤层；3、外包层
具体实施方式
本发明公开了一种石墨烯材料涂层及其制备方法，还涉及基于石墨烯材料涂层的空气过滤装置及系统，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
由于目前常见的过滤空气技术中仍然存在着缺陷。利用HEPA高效过滤网虽然能够拦阻气凝胶中的颗粒污染物，但是对于颗粒污染物上吸附的气体杂质释放却无能为力，在吸附了颗粒污染物后的HEPA高效过滤网往往会变成气体污染的二次污染源。比如，PAHs等半挥发性有机物与VOCs的挥发性有机物一般大量吸附在颗粒污染物表面，当颗粒污染物被拦截后，它们又能以挥发的方式从颗粒污染物上释放，并随新风穿过HEPA过滤网。同样，通过夹碳布或活性炭涂层布的方式实现空气过滤的技术，由于过滤采用的是物理吸附的原理，因此吸附与解离存在平衡，在吸附了VOCs，PAHs以及其他的无机污染气体后，活性炭涂层也一样会变成二次污染源不断释放出上所吸附的气体。因此，上述几种气体过滤材料都不能实现彻底的死吸附，往往会带来二次污染，失去效用。比如，PAHs等半挥发性有机物与VOCs的挥发性有机物一般大量吸附在颗粒污染物表面，当颗粒污染物被拦截后，它们又能以挥发的方式从颗粒污染物上释放，并随新风穿过HEPA过滤网。同样，通过夹碳布或活性炭涂层布的方式实现空气过滤的技术，由于过滤采用的是物理吸附的原理，因此吸附与解离存在平衡，在吸附了VOCs，PAHs以及其他的无机污染气体后，活性炭涂层也一样会变成二次污染源不断释放出上所吸附的气体。因此，上述几种气体过滤材料都不能实现彻底的死吸附，往往会带来二次污染，失去效用。
本发明首先提供一种石墨烯材料涂层，上述石墨烯材料为石墨烯和/或官能化石墨烯；上述石墨烯可以为单层石墨烯、寡层石墨烯或多层石墨烯中的一种或几种(寡层石墨烯为一层以上，三层以下的石墨烯，多层石墨烯为三层以上，十层以下的石墨烯)；官能化石墨烯为氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、磺酸化石墨烯、巯基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种。
石墨烯材料作为一种二维材料，其具有极高的比表面积，因此吸附效果优。对于石墨烯来说，石墨烯可以认为是由sp2杂化碳原子组成的碳材料，其中，每个碳都提供一个Pz轨道和电子参与形成石墨烯表面的大π键。因此，整个石墨烯的表面可以被认为是由大π键所覆盖着的。同时，PAHs表面也具有大π键体系，这使PAHs与石墨烯相接触时，两个体系的π键会有所重叠，从而使石墨烯与PAHs间形成π-π相互作用，由于π-π相互作用力强，使得石墨烯对PAHs的吸附量大，吸附牢固。不同官能化石墨烯因为官能团的不同，能够与一些特定结构的化学物种形成化学键(离子键、共价键或次级键)，从而使该类特定结构的化学物种形成化学吸附。例如，石墨烯对PAHs具有极强的吸附能力；氧化石墨烯对甲醛的吸附能力较强；羧基化石墨烯为弱酸性基团修饰的石墨烯，对碱性物质(主要是含氮化合物，如氨，二氧化氮等)吸附能力较强；巯基化石墨烯对重金属(如铅、汞等)的吸附能力极强。由此，包括有上述石墨烯材料的石墨烯自支撑层和气体过滤装置，能够同时对空气中的PAHs、甲醛、碱性物质以及重金属都具有更好的吸附能力。因此，上述石墨烯材料对于大气中的其他有害成分，如PM2.5、PM10、重金属、氮氧化物、硫氧化物、臭氧、其他挥发/半挥发性有机物等等污染物，可以实现吸附不发生解离，从而提高去除率，避免了二次污染。
本发明还提供一种石墨烯材料涂层制备方法，其包括以下步骤：
S1)、配置浆料分散原液：溶剂中加入分散剂与粘结剂，将搅拌生成浆料分散原液。
上述的溶剂是经过纯化处理的有机溶剂和/或水性溶剂，其中上有机溶剂纯化方式包括重蒸、去水和干燥中的一种或几种；上述水性溶剂的纯化方式包括重蒸、去离子和反渗透中的一种或几种。上述溶剂优选包括水、去离子水、超纯水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、正戊烷、醋酸乙酯、丁酮、庚烷、苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、醋酸异丁酯、醋酸正丁酯、间二甲苯、正丁醇、2-庚酮、正己烷、乙二醇二甲醚、石油醚、乙二醇二乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和异丙醇中的一种或几种。经过纯化处理的溶剂，可以更好的溶解分散剂和粘结剂。
作为本发明的优选方案，经过纯化的溶剂优选采用包括去离子水、乙醇、醋酸乙酯、丁酮、石油醚、碳酸二乙酯和正己烷中的一种或几种，对分散剂和粘结剂的溶解效果更好。
上述的分散剂优选包括聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、胆酸钠、四甲基碳酸氢铵、四乙基碳酸氢铵、四丁基碳酸氢铵、十二烷基四甲基碳酸胍、十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸钠中的一种或几种；
作为本发明的优选方案，分散剂优选采用包括聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和四丁基碳酸氢铵中的一种或几种。
进一步的，分散剂占上述浆料分散原液的质量体积比为0.1-5％，其分散效果更好。
上述的粘结剂优选包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、海藻酸钠、果胶酸钠、鹿角酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精、麦芽糊精、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氨酯和有机聚硅氧烷中的一种或几种；
作为本发明的优选方案，粘结剂优选采用包括聚醋酸乙烯酯乳液、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精和环氧树脂中的一种或几种。
进一步的，粘结剂占上述分散原液的质量体积比为5-40％，粘合效果更好。
更进一步的，上述浆料分散原液在搅拌的转速为30-200rpm，搅拌1-2h，并经过真空脱泡处理后，生成的浆料分散浆液更加均匀，便于后继操作。
S2)、形成石墨烯材料涂层：将石墨烯材料加入步骤S1所述的浆料分散原液中，经过搅拌匀浆后涂布在载体表面，干燥后即得石墨烯材料涂层成品。
上述石墨烯材料优选石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以为单层石墨烯、寡层石墨烯或多层石墨烯中的一种或几种(寡层石墨烯为一层以上，三层以下的石墨烯，多层石墨烯为三层以上，十层以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯为氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种；
作为本发明的优选技术方案，上述石墨烯材料通过一次或多次加入步骤S1)所述的浆料分散原液中，并在转速为30-8000rpm，搅拌20min-8h，生成石墨烯材料匀浆。
进一步的，上述搅拌的转速在石墨烯材料加入时为30-200rpm，使得石墨烯材料与分散浆料原液充分混合；
更进一步的，上述搅拌的转速在石墨烯材料加入后为3000-8000rpm，搅拌时间为20-120min；或者搅拌的转速在石墨烯材料加入后为200rpm，搅拌时间为6-8h。
作为本发明的优选技术方案，上述石墨烯材料匀浆通过喷涂、旋涂、刮涂或浸润等方式均匀涂抹在支撑层；
作为本发明的优选技术方案，将上述支撑层通过隧道烘干、热风干燥或真空干燥等方式烘干，恒重后即得石墨烯材料涂层成品。
进一步的，上述烘干温度为60-120℃，时间为2-8h。
进一步的，上述石墨烯材料涂层成品的涂层厚度为3-200um，浆料湿模太厚将导致后期烘干过程中石墨烯材料的脱落，太薄又无法达到过滤空气中污染物的最佳效果。
本发明还提供一种空气过滤装置，该空气过滤装置以石墨烯材料涂层作为过滤材料。具体而言，请参见图1，该图示出了本发明实施例提供的空气过滤装置的结构。在一个具体实施方式中，该空气过滤装置含有前述石墨烯材料涂层的过滤层、支撑层和外包层。其中，上述支撑层位于所述石墨烯材料涂层的两侧，可以起到助滤层的作用，是一类具有良好透气性、过滤性与支撑性的材料所组成；上述外包层位于支撑层的外侧，作为最外层包覆的结构，起到使过滤层与支撑层稳定成型的效果，外包层主要是以透气性强且有结构强度的材料。前述的石墨烯材料过滤层的支撑层，通过配合适当的外包层材料进行组装、裁片、缝合、压延等工艺，最终成型，形成基于石墨烯涂层的空气过滤装置。
作为本发明的优选技术方案，上述支撑层的组成材料优选采用包括聚丙烯类针刺/水刺无纺布、丙纶短纤滤布、丙纶长纤滤布、聚对苯二甲酸酯类针刺/水刺无纺布、涤纶长纤滤布、涤纶短纤滤布、纯棉针刺/水刺无纺布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、聚丙烯滤纸、玻璃纤维、纤维素滤纸、复合聚丙烯-聚对苯二甲酸酯滤纸、熔喷涤纶无纺布、熔喷玻璃纤维、微孔陶瓷滤板、微孔聚丙烯滤板、醋酸纤维素丝束滤芯、聚丙烯丝束滤芯和棉花滤芯中的一种或几种。
作为本发明的优选技术方案，上述空气过滤装置外包层的组成材料优选采用包括纯棉纱布、纯棉绉布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、丙纶长纤滤布、丙纶短纤滤布、聚丙烯框架和聚乙烯框架中的一种或几种。
此外，本发明提供的空气过滤装置，在不同的应用中，它可以以不同的形式表现，如，口罩、空气过滤器的过滤层等。
在另一个具体的实施方式中，还提供了一种空气过滤系统，包括前述的空气过滤装置。
由于图1所对应实施例中的空气过滤装置所具备的有益效果已经有所记载，因此设有上述空气过滤装置的空气过滤系统也具有相应的技术效果，此处不再赘述。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
去离子水中加入分别分散剂聚乙烯基吡咯烷酮与粘结剂聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液，配成分散剂质量体积比为2％，粘结剂质量体积比为25％的分散液，在100rpm下搅拌2h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将单层石墨烯粉体分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在6000rpm下进行高速剪切力分散30min，完成后通过刮涂的方式涂布在聚丙烯水刺无纺布的表面，送入真空干燥箱在80℃进行干燥，干燥6h后恒重，形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为50um。以该层作为过滤层与支撑层/助滤层，纯棉纱布作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例2
丁酮中分别加入分散剂聚苯乙烯磺酸钠与十二烷基磺酸钠的混合物，粘结剂聚乙二醇和聚丙烯酸钠的混合物，配成分散剂质量体积比为0.1％，粘结剂质量体积比为5％的分散液，在30rpm下搅拌1h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将羧基化石墨烯分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在3000rpm下进行高速剪切力分散20min，完成后通过刮涂的方式涂布在聚对苯二甲酸酯类针刺/水刺无纺布的表面，送入热风干燥在60℃进行干燥，干燥2h后形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为3um。以该层作为过滤层与支撑层，纯棉纱布和纯棉绉布的组合物作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例3
去离子水和乙醇混合溶剂中，分别加入分散剂四甲基碳酸氢铵和粘结剂环氧树脂，配成分散剂质量体积比5％，粘结剂质量体积比为40％的分散液，在200rpm下搅拌2h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将十二烷基化石墨烯分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在8000rpm下进行高速剪切力分散120min，完成后通过刮涂的方式涂布在丙纶长纤滤布的表面，送入真空干燥箱在120℃进行干燥，干燥8h后恒重，形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为200um。以该层作为过滤层与支撑层，纯棉长纤滤布作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例4
醋酸乙酯和碳酸二甲酯的混合溶剂中分别加入分散剂十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸钠的混合物，粘结剂聚乙烯醇和聚乙二醇的混合物，配成分散剂质量体积比3％，粘结剂质量体积比为15％的分散液，在800rpm下搅拌1.5h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将巯基化石墨烯分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在在200rpm，搅拌时间为6h)完成后通过刮涂的方式涂布在聚丙烯滤纸、玻璃纤维和纤维素滤纸组成的载体的表面，送入真空干燥箱在80℃进行干燥，干燥4h后恒重，形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为50um。以该层作为过滤层与支撑层，以纯棉纱布、纯棉绉布和纯棉长纤滤布的组合物作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例5
水、乙醇和正丁醇的混合溶剂中分别加入分散剂十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和木质素磺酸钠的混合物，与粘结剂海藻酸钠、果胶酸钠和鹿角酸钠的混合物，配成分散剂质量体积比4％，粘结剂质量体积比为30％的分散液，在100rpm下搅拌2h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将单层石墨烯和多层石墨烯混合物分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在200rpm，搅拌时间为8h，完成后通过刮涂的方式涂布在微孔陶瓷滤板、微孔聚丙烯滤板和醋酸纤维素丝束滤芯组成的载体表面，送入真空干燥箱在100℃进行干燥，干燥6h后恒重，形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为200um。以该层作为过滤层与支撑层，丙纶长纤滤布和丙纶短纤滤布的组合物作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例6
碳酸乙烯酯中分别加入分散剂十二烷基苯磺酸钠与粘结剂糊精，配成分散剂质量体积比5％，粘结剂质量体积比为40％的分散液，在200rpm下搅拌2h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将氧化石墨烯分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在8000rpm下进行高速剪切力分散60min，完成后通过刮涂的方式涂布在丙纶长纤滤布的表面，送入真空干燥箱在100℃进行干燥，干燥7h后恒重，形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为150um。以该层作为过滤层与支撑层，纯棉长纤滤布作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
实施例7
N-甲基吡咯烷酮、丁酮和2-庚酮混合溶剂中分别加入分散剂、十六烷基三甲基溴化铵、四甲基碳酸氢铵和四乙基碳酸氢铵的混合物，粘结剂聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡胶乳液和聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液的混合物，配成分散剂质量体积比4.6％，粘结剂质量体积比为36％的分散液，在170rpm下搅拌1.2h形成均匀乳液，再进行真空脱泡，完成后，将甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯和三氟甲基化石墨烯混合物分批多次加入该分散液中。进行匀浆，在5500rpm下进行高速剪切力分散80min，完成后通过刮涂的方式涂布在聚丙烯类针刺/水刺无纺布、丙纶短纤滤布和丙纶长纤滤布组成的载体表面，，送入真空干燥箱在110℃进行干燥，干燥5h后恒重,形成石墨烯材料涂层成品涂层厚度为180um。以该层作为过滤层与支撑层，纯棉纱布、纯棉绉布和纯棉长纤滤布组合物作为外包层，封装，裁片，缝合，压延后成型，获得基于石墨烯材料涂层的过滤装置。完成后，取样片，通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试。
对实施例1至7制备的石墨烯材料涂层空气过滤装置通过人造烟气进行颗粒物过滤测试与气体过滤测试，测试结果列于下表：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯材料涂层，其特征在于，所述的石墨烯材料包括石墨烯和/或官能化石墨烯；所述官能化石墨烯包括氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种。
2.一种石墨烯材料涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）、配置浆料分散原液：溶剂中加入分散剂与粘结剂，搅拌生成浆料分散原液；
S2）、形成石墨烯表面涂层：将石墨烯粉体加入所述浆料分散原液中，经过搅拌匀浆后施于载体表面，干燥后即得石墨烯材料涂层成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S1）步骤中：
所述溶剂包括水、去离子水、超纯水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙醇、正戊烷、醋酸乙酯、丁酮、庚烷、苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、醋酸异丁酯、醋酸正丁酯、间二甲苯、正丁醇、2-庚酮、正己烷、乙二醇二甲醚、石油醚、乙二醇二乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和异丙醇中的一种或几种；
所述分散剂包括聚苯乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、木质素磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、胆酸钠、四甲基碳酸氢铵、四乙基碳酸氢铵、四丁基碳酸氢铵、十二烷基四甲基碳酸胍、十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸钠中的一种或几种；
所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡胶乳液、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸钠、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、海藻酸钠、果胶酸钠、鹿角酸钠、羧甲基纤维素钠、糊精、麦芽糊精、环氧树脂、醇酸树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氨酯和有机聚硅氧烷中的一种或几种；
所述浆料分散原液中分散剂的质量体积比为0.1-5%；
所述浆料分散原液中粘结剂的质量体积比为5-40%。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，S2）步骤中：
所述石墨烯材料为石墨烯和/或官能化石墨烯；所述官能化石墨烯包括氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羟基化石墨烯、巯基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一种或几种；
所述石墨烯材料涂层成品的涂层厚度为3-200um。
5.一种空气过滤装置，其特征在于，包括含有权利要求1所述的石墨烯材料涂层的过滤层。
6.根据权利要求5所述的空气过滤装置，其特征在于，还包括支撑层；所述支撑层位于所述过滤层两侧。
7.根据权利要求6所述的空气过滤装置，其特征在于，所述支撑层的组成材料包括：聚丙烯类针刺/水刺无纺布、丙纶短纤滤布、丙纶长纤滤布、聚对苯二甲酸酯类针刺/水刺无纺布、涤纶长纤滤布、涤纶短纤滤布、纯棉针刺/水刺无纺布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、聚丙烯滤纸、玻璃纤维、纤维素滤纸、复合聚丙烯 - 聚对苯二甲酸酯滤纸、熔喷涤纶无纺布、熔喷玻璃纤维、微孔陶瓷滤板、微孔聚丙烯滤板、醋酸纤维素丝束滤芯、聚丙烯丝束滤芯和棉花滤芯中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的空气过滤装置，其特征在于，还包括外包层；所述外包层位于所述支撑层的外侧。
9.根据权利要求8所述的空气过滤装置，其特征在于，所述外包层组成材料包括：纯棉纱布、纯棉绉布、纯棉长纤滤布、纯棉短纤滤布、丙纶长纤滤布、丙纶短纤滤布、聚丙烯框架和聚乙烯框架中的一种或几种。
10.一种空气过滤系统，其特征在于，包括权利要求5至9任一项所述的空气过滤装置。
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