CN108579210A - 石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法 - Google Patents

石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法，该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。本发明还提供了该石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法。该方法为：先配置出改性石墨烯碳酸酐酶溶液，再在改性石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂制备出含有石墨烯和碳酸酐酶的涂覆浆料，最后将石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料涂覆在HEPA过滤网上制备出石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料。本发明提供的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法，结合过滤材料中石墨烯可以起到的抗菌抑菌作用，使得制备出的石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料具有吸附二氧化碳与抑菌的双重功能。

Description

石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种净化过滤材料及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法。
背景技术
使用过滤材料分离液体或者气体中固体颗粒，或者使不同的物质成分充分接触，加快反应时间，可保护设备的正常工作或者空气的洁净，当流体进入置有一定规格滤网的过滤材料后，其杂质被阻挡，而清洁的流物通过过滤材料流出。液体过滤材料使液体(包括油、水等)使受到污染的液体被洁净到生产、生活所需要的状态，也就是使液体达到一定的洁净度。
空气净化设备可以使受到污染的空气被洁净到生产、生活所需要的状态，也就是使空气达到一定的洁净度。目前市场上所有的空气净化器，在净化空气过程中，都是依靠过滤材料对空气进行过滤净化，其原理是依靠第一层粗滤网阻挡大颗粒灰尘和动物毛发等，第二层为HEPA过滤层，将PM2.5、粉尘、细菌等微小的有害物质隔离，第三层为活性炭吸附层，吸附TVOC气体。室内空气品质的研究人员通常把他们采样分析的所有室内有机气态物质称为TVOC，它是Volatile Organic Compound三个词第一个字母的缩写，各种被测量的VOC被总称为总挥发性有机物TVOC(Total Volatile Organic Compounds)。TVOC是影响室内空气品质污染中影响较为严重的一种。
但是，这样的过滤材料只能起到对空气中有害物质颗粒起到阻挡、隔离、吸附的作用。而除了固体颗粒污染，大气温室效应与地球变暖将是21世纪全人类所面临的最大环境问题。据统计，CO2占全球温室气体的60％，其主要源于化石燃料的燃烧，若能对大气中CO2的进行捕集、存储，并有效转化为化学产品，既能缓解温室效应，达到减排的目的，又可以创造经济效益，目前，已报道的CO2捕集转化的方法主要有物理吸附法、化学吸收法和膜法，但这些物理化学方法反应条件剧烈，能耗大、成本高且对环境造成一定的危害。
发明内容
本发明的目的是提供一种净化过滤材料及其制备方法，将碳酸酐酶固载于石墨烯载体上，并将该种石墨烯复合碳酸酐酶实施于HEPA过滤网上，制备出具有优异抗菌、吸附二氧化碳功能的过滤材料，该种过滤材料除了可以应用到一系列空气净化设备中，包括室内空气净化器、车载空气净化器、空调等设备中。还可以在气体分离设备中用于捕捉二氧化碳。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂；所述的石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液、交联剂。HEPA过滤网(High efficiency particulate air Filter)，中文意思为高效空气过滤器，达到HEPA标准的过滤网，对于0.1微米和0.3微米的有效率达到99.998％，HEPA网的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过。它对直径为0.3微米以下的微粒去除效率可达到99.7％以上，是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介。它是国际上公认的最高效过滤材料，经广泛运用于手术室、动物实验室、晶体实验和航空等高洁净场所。碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase，CA)是一种含锌金属酶，迄今在哺乳动物体内已发现至少有8种同工酶，它们的结构、分布、性质各异，多与各种上皮细胞泌H-和碳酸氢盐有关，通过催化CO2水化反应及某些脂、醛类水化反应，参与多种离子交换，维持机体内环境稳态。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含改性石墨烯粉体0.1-1份，碳酸酐酶0.1-0.5份，交联剂0.1-1份，余量为稀释缓冲液；所述的交联剂为双元醛交联剂。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的稀释缓冲液在每100ml中包含15-30mM的Tris-HCl缓冲液，还包含1-5mM的MgCl2、1-5mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。所述的Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的改性石墨烯粉体选自氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯等中的任意一种或多种的组合。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的HEPA过滤网的材料选自PP滤纸、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维等中的任意一种。PP滤纸是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料。复合PP-PET滤纸是聚丙烯和涤纶树脂复合的滤纸。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其中，所述的粘合剂选自阿拉伯胶、海藻酸、磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白。山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠、磷酸二钠、焦亚硫酸二钠等中的任意一种或多种的组合。
本发明还提供了上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，制备改性石墨烯粉体：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；步骤2，制备稀释缓冲液：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；步骤3，按照配比称取适量的改性石墨烯粉体与步骤2中制备的稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节pH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；步骤4，在步骤3制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，搅拌，制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。所述的石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料是由HEPA过滤网与石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料经过浸泡、涂覆后制得的，其中石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料是由石墨烯碳酸酐酶溶液与粘合剂复合而成，石墨烯碳酸酐酶溶液由改性石墨烯粉体、碳酸酐酶、稀释缓冲液、交联剂制备而成。其中关键是石墨烯碳酸酐酶溶液的制备。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其中，所述的步骤1中是经过超声分散制备出质量分数为0.01-1％的石墨烯均匀分散液，再加入质量分数为0.01-1％的硅烷偶联剂，在60-100℃的反应条件下回流10-24h；所述的硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种的组合。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其中，所述的步骤3中是用盐酸调节pH值6.0-9.0，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，在20-40℃条件下搅拌活化0.5-3h。所述的双元醛类交联剂优选为GA(戊二醛)交联剂。
上述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其中，所述的步骤4中是在20-40℃下搅拌0.5-2h制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再利用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，低温30-60℃烘干。
本发明提供的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法具有以下优点：
本发明制备的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳过滤材料，在不影响酶活性与催化效率的前提下，将碳酸酐酶固载于石墨烯微片上，不仅增强酶的稳定性，而且可以实现循环重复利用。解决了游离碳酸酐酶的稳定性差、易失活且不能循环使用的缺点，同时利用石墨烯的超强吸附能力，可以吸附气体中的水分，流经过滤材料的气体中的二氧化碳与石墨烯微片上水分在碳酸酐酶的催化下发生水合反应，从可以实现对二氧化碳的吸附与去除。结合过滤材料中石墨烯可以起到的抗菌抑菌作用，使得制备出的石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料具有吸附二氧化碳与抑菌的双重功能，该种过滤材料可广泛应用于空气净化设备中，包括室内空气净化器、车载空气净化器、空调等设备中。还可以在气体分离设备中用于捕捉二氧化碳。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网(High efficiency particulate air Filter)，中文意思为高效空气过滤器，达到HEPA标准的过滤网，对于0.1微米和0.3微米的有效率达到99.998％，HEPA网的特点是空气可以通过，但细小的微粒却无法通过。它对直径为0.3微米以下的微粒去除效率可达到99.7％以上，是烟雾、灰尘以及细菌等污染物最有效的过滤媒介。它是国际上公认的最高效过滤材料，经广泛运用于手术室、动物实验室、晶体实验和航空等高洁净场所。
HEPA过滤网的材料选自PP滤纸、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维等中的任意一种。PP滤纸是以聚丙烯为原料经专用热熔法制成的新型过滤材料。复合PP-PET滤纸是聚丙烯和涤纶树脂复合的滤纸。
石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液、交联剂。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含改性石墨烯粉体0.1-1份，碳酸酐酶0.1-0.5份，交联剂0.1-1份，余量为稀释缓冲液；交联剂优选为双元醛交联剂。
稀释缓冲液在每100ml中包含15-30mM的Tris-HCl缓冲液，还包含1-5mM的MgCl2、1-5mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。
改性石墨烯粉体选自氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯等中的任意一种或多种的组合。
碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase，CA)是一种含锌金属酶，迄今在哺乳动物体内已发现至少有8种同工酶，它们的结构、分布、性质各异，多与各种上皮细胞泌H-和碳酸氢盐有关，通过催化CO2水化反应及某些脂、醛类水化反应，参与多种离子交换，维持机体内环境稳态。
粘合剂选自阿拉伯胶、海藻酸、磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白。山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠、磷酸二钠、焦亚硫酸二钠等中的任意一种或多种的组合。
本发明还提供了该石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，该方法包含：
步骤1，制备改性石墨烯粉体：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；步骤2，制备稀释缓冲液：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；步骤3，按照配比称取适量的改性石墨烯粉体与步骤2中制备的稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节pH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；步骤4，在步骤3制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，搅拌，制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网采用复合PP-PET滤纸。粘合剂采用磷酸氢二钠、磷酸二钠、焦亚硫酸二钠、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯的混合物。
石墨烯碳酸酐酶溶液包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含改性石墨烯粉体0.5份，碳酸酐酶0.3份，交联剂0.5份，余量为稀释缓冲液。
稀释缓冲液在每100ml中包含20mM的Tris-HCl缓冲液，还包含3mM的MgCl2、3mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
改性石墨烯粉体采用氧化石墨烯。交联剂优选为双元醛交联剂。
实施例2
一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网采用PP滤纸。粘合剂采用阿拉伯胶、海藻酸、磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素的混合物。
石墨烯碳酸酐酶溶液包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含石墨烯粉体0.1份，碳酸酐酶0.1份，交联剂0.1份，余量为稀释缓冲液。
稀释缓冲液在每100ml中包含15mM的Tris-HCl缓冲液，还包含1mM的MgCl2、1mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
改性石墨烯粉体采用聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯的混合物。交联剂优选为双元醛交联剂。
实施例3
一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网采用熔喷涤纶无纺布。粘合剂采用糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸的混合物。
石墨烯碳酸酐酶溶液包含碳酸酐酶、石墨烯粉体、稀释缓冲液。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含改性石墨烯粉体0.3份，碳酸酐酶0.2份，交联剂0.3份，余量为稀释缓冲液。
稀释缓冲液在每100ml中包含25mM的Tris-HCl缓冲液，还包含2mM的MgCl2、4mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
改性石墨烯粉体采用溴代烷烃改性石墨烯。交联剂优选为双元醛交联剂。
实施例4
一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网采用熔喷玻璃纤维。粘合剂采用山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖的混合物。
石墨烯碳酸酐酶溶液包含碳酸酐酶、石墨烯粉体、稀释缓冲液。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含改性石墨烯粉体0.6份，碳酸酐酶0.4份，交联剂0.6份，余量为稀释缓冲液。
稀释缓冲液在每100ml中包含28mM的Tris-HCl缓冲液，还包含4mM的MgCl2、2mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
改性石墨烯粉体采用氨基化合物改性氧化石墨烯、氨基化合物改性石墨烯的混合物。交联剂优选为双元醛交联剂。
实施例5
一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其该过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂。
HEPA过滤网采用玻璃纤维。粘合剂采用淀粉、玉米蛋白、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土的混合物。
石墨烯碳酸酐酶溶液包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液。
石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计每100份中包含石墨烯粉体1份，碳酸酐酶0.5份，交联剂1份，余量为稀释缓冲液。
稀释缓冲液在每100ml中包含30mM的Tris-HCl缓冲液，还包含5mM的MgCl2、5mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。Tris-HCl缓冲液的pH值为6.0-9.0，蛋白复性稀释液优选为市售的常规Dilution Buffer(稀释缓冲液)或者Elution Buffer(洗脱缓冲液)试剂。
改性石墨烯粉体采用偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯的混合物。交联剂优选为双元醛交联剂。
本发明还提供了该石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，该石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料是由HEPA过滤网与石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料经过浸泡、涂覆后制得的，其中石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料是由石墨烯碳酸酐酶溶液与粘合剂复合而成，石墨烯碳酸酐酶溶液由改性石墨烯粉体、碳酸酐酶、稀释缓冲液、交联剂制备而成。其中关键是石墨烯碳酸酐酶溶液的制备。
具体而言，该方法包含：
步骤1，制备改性石墨烯粉体：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备出质量分数为0.01-1％的石墨烯均匀分散液，再加入质量分数为0.01-1％的硅烷偶联剂，在60-100℃的反应条件下回流10-24h；最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体。
硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种的组合。
步骤2，制备稀释缓冲液：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液。
步骤3，按照配比称取适量的改性石墨烯粉体与步骤2中制备的稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，用盐酸调节pH值6.0-9.0，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，在20-40℃条件下搅拌活化0.5-3h，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液。
双元醛类交联剂优选为GA(戊二醛)交联剂。
步骤4，在步骤3制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，是在20-40℃下搅拌0.5-2h制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再利用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，低温30-60℃烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
本发明提供的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料及制备方法，是先配置出改性石墨烯碳酸酐酶溶液，再在改性石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂制备出含有石墨烯和碳酸酐酶的涂覆浆料。最后将石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料涂覆在HEPA过滤网上制备出石墨烯复合碳酸酐酶过滤材料。本发明通过对石墨烯进行硅氧烷化改性，不仅提高石墨烯在溶液中的分散性，同时在石墨烯片层表面接枝上氨基集团，再将改性后的石墨烯与碳酸酐酶进行溶液共混，在双元醛交联剂的作用下将碳酸酐酶固载于石墨烯微片上，最后利用粘合剂的粘合力将石墨烯与碳酸酐酶附着于HEPA网等过滤材料中，该种方法制备的HEPA复合过滤层不仅能够起到物理过滤作用，同时还可以起到抑菌、吸附去除二氧化碳的功能。其原理为：由于过滤层的存在，气体中的细菌在此处被拦截与聚集，滤网上附着的石墨烯具有“纳米刀效应”，使得细菌细胞膜易被割破，从而达到抗菌、抑菌的作用；同时石墨烯具有超强的吸附作用，可以吸附气体中的水分，再结合石墨烯微片上附着的碳酸酐酶可以有效催化二氧化碳的可逆水合反应，将气体二氧化碳转换成碳酸氢根，进一步可逆转化为碳酸根离子，从而到达吸附去除二氧化碳的作用。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的过滤材料的原料包含：HEPA过滤网、石墨烯碳酸酐酶溶液、粘合剂；所述的石墨烯碳酸酐酶溶液的原料包含碳酸酐酶、改性石墨烯粉体、稀释缓冲液、交联剂。
2.如权利要求1所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的石墨烯碳酸酐酶溶液按重量份数计包含改性石墨烯粉体0.1-1份，碳酸酐酶0.1-0.5份，交联剂0.1-1份，余量为稀释缓冲液；所述的交联剂为双元醛交联剂。
3.如权利要求2所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的稀释缓冲液在每100ml中包含15-30mM的Tris-HCl缓冲液，还包含1-5mM的MgCl2、1-5mM的NaCl，余量为蛋白复性稀释液。
4.如权利要求2所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的改性石墨烯粉体选自氧化石墨烯、偶联剂改性氧化石墨烯、阳离子表面活性剂改性氧化石墨烯、氨基化合物改性氧化石墨烯、溴代烷烃改性石墨烯、氨基化合物改性石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮改性石墨烯、聚乙烯醇改性石墨烯中的任意一种或多种的组合。
5.如权利要求1所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的HEPA过滤网的材料选自PP滤纸、玻璃纤维、复合PP-PET滤纸、熔喷涤纶无纺布和熔喷玻璃纤维中的任意一种。
6.如权利要求1所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料，其特征在于，所述的粘合剂选自阿拉伯胶、海藻酸、磷酸钙、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、糊精、葡萄糖结合剂、纤基乙酸钠、预胶凝淀粉、甘氨酸、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、淀粉、玉米蛋白、山梨糖醇、麦芽糖、液体葡萄糖、聚乙烯醇、明胶、瓜尔胶、可压缩糖、硅酸铝镁、麦芽糊精、聚维酮、海藻酸钠、直链淀粉、膨润土、磷酸氢二钠、磷酸二钠、焦亚硫酸二钠中的任意一种或多种的组合。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，制备改性石墨烯粉体：按比例称取适量石墨烯粉体溶解于去离子水与乙醇混合溶液中，经过超声分散制备石墨烯均匀分散液，再加入硅烷偶联剂，加热回流，最后将溶剂蒸发获得的糊状产物用去离子水与无水乙醇进行冲洗抽滤并真空烘干，制得改性石墨烯粉体；
步骤2，制备稀释缓冲液：按照配比称取适量的Tris-HCl缓冲液、MgCl2、NaCl溶解于蛋白复性稀释液中，制得稀释缓冲液；
步骤3，按照配比称取适量的改性石墨烯粉体与步骤2中制备的稀释缓冲液混合，经过超声分散，使得改性石墨烯均匀分散在稀释缓冲液中，调节PH值，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，搅拌活化，制备出改性石墨烯碳酸酐酶溶液；
步骤4，在步骤3制备的石墨烯碳酸酐酶溶液中加入粘合剂，搅拌，制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，烘干，制备出含有石墨烯、碳酸酐酶的复合过滤材料。
8.如权利要求7所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中是经过超声分散制备出质量分数为0.01-1％的石墨烯均匀分散液，再加入质量分数为0.01-1％的硅烷偶联剂，在60-100℃的反应条件下回流10-24h；所述的硅烷偶联剂选自KH550、KH560、KH570中的任意一种或多种的组合。
9.如权利要求7所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中是用盐酸调节PH值到6.0-9.0，最后加入适量的碳酸酐酶与双元醛类交联剂，在20-40℃条件下搅拌活化0.5-3h。
10.如权利要求7所述的石墨烯复合碳酸酐酶吸附二氧化碳的过滤材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中是在20-40℃下搅拌0.5-2h制备出石墨烯碳酸酐酶涂覆浆料，再利用该浆料对HEPA网进行浸泡与涂覆，低温30-60℃烘干。
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