CN109126284B - 一种石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备方法，属于空气过滤技术领域。所述方法包括：将基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中，然后烘干并浸入碱液中，升温至80～100℃且维持0.5～2h，干燥得到复合滤料。本发明制备得到的石墨烯改性聚丙烯复合滤料克服了传统的吸附材料采用静电柱极技术严重存在静电已衰竭，吸附颗粒能力随之静电逐渐消失而衰竭、持久性差，无法真正拦截PM2.5颗粒的问题，达到持久吸附拦截PM2.5颗粒的效果，为工业废气处理，空气过滤净化提供了一种高效材料。

Description

一种石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备方法，属于空气过滤技术领域。
背景技术
空气中雾霾(特别是PM2.5)威胁着人们的健康，而目前普遍使用的防霾空气过滤材料普遍存在阻力偏高、寿命短等缺陷，因此需要开发高效低阻的长效过滤材料。
目前主要采取三种手段来提升滤料对PM2.5的过滤效率，一是减小过滤材料的孔径，二是驻极，三是添加吸附材料。然而手段一中减小过滤材料孔径在提升过滤效率的同时，大幅度增加过滤阻力；手段二中驻极聚丙烯滤料过滤效率优异，但由于受环境湿气和湿度影响，造成静电逃逸、无法真正拦截PM2.5颗粒，使其使用寿命很短；手段三中添加吸附材料是一种能够稳定、高效的提升滤料过滤效率且降低滤料过滤阻力的方法。将过滤效率一般的基材与吸附材料复合，可在同等过滤效率下降低滤料的过滤阻力，可广泛应用于空气过滤领域，比如冶金、热电、电厂、水泥、垃圾焚烧、烟气除尘等行业，本身就排出很多加重雾霾现象的废气，国家对其废气排放是具有一定要求的，所以上述行业需要对其排放的废气进行处理后使其符合国家排放标准才可排出。
传统的吸附材料是采用静电柱极技术，虽然成本低，但严重存在静电已衰竭，吸附颗粒能力随之静电逐渐消失而衰竭、持久性差，无法真正拦截PM2.5颗粒。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种长效高效低阻的复合滤料的制备方法，是基于石墨烯改性聚丙烯的复合滤料。本发明通过浸渍法将氧化石墨烯附着在聚丙烯非织造材料上，再经还原制得石墨烯改性聚丙烯非织造滤料，该复合滤料具有长效、高效、低阻的特性。石墨烯是一种新型的吸附材料，它具有大的比表面积和吸附容量，可以吸附大量的空气中的颗粒物。
本发明的第一个目的是提供一种长效高效低阻的复合滤料的制备方法，所述方法包括：将基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中，然后烘干并浸入碱液中，升温至80～100℃且维持0.5～2h，干燥得到复合滤料。
在一种实施方式中，所述氧化石墨烯/乙醇分散液中氧化石墨烯的浓度为0.3～2.0g/L。
在一种实施方式中，所述基材为聚丙烯非织造材料，或者由其它聚合物或纤维构成的非织造材料或纺织品。
在一种实施方式中，所述基材浸入分散液中前进行洗净并干燥。
在一种实施方式中，所述基材浸入分散液中的浸渍时间为15～60min。
在一种实施方式中，所述碱液为氢氧化钠，浓度为0.1～1mol/L。
在一种实施方式中，经过对基溶剂、基布、浸渍时间以及还原方式、温度和时间的多次试验和选择，确定本发明技术方案具体步骤如下：
步骤一：制备氧化石墨烯，并配置氧化石墨烯/乙醇分散液；
步骤二：将基材洗净并干燥，所述基材为聚丙烯非织造材料；
步骤三：将步骤二中制得的基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中，得到半制品；
步骤四：将步骤三中制得的半制品烘干并浸入碱液中；
步骤五：将浸有半制品的碱液升温至80～100℃且维持0.5～2h，取出试样干燥后得到石墨烯改性聚丙烯复合滤料。
在一种实施方式中，步骤一中所述氧化石墨烯制备方法为Hummers法或改进Hummers法，所用乙醇为无水乙醇，通过氧化石墨烯/乙醇分散液负载在基材形成复合滤料的反复试验和正交优化，重复评估其滤效、压力水平等性能指标后，确定氧化石墨烯/乙醇分散液浓度为0.3～2.0g/L。
本发明的第二个目的是提供按照上述方法制备得到的复合滤料。
本发明的第三个目的是提供一种含有本发明的复合滤料的防霾空气过滤材料。
本发明的第四个目的是提供一种含有本发明的复合滤料的工业高效过滤器，所述工业高效过滤器应用于冶金、热电、电厂、水泥、燃煤、垃圾焚烧、烟气除尘行业。
本发明的第五个目的是提供本发明的复合滤料的应用。
本发明的有益效果
本发明通过浸渍法将氧化石墨烯附着在聚丙烯非织造材料上，再经还原制得石墨烯改性聚丙烯非织造滤料，该复合滤料具有长效、高效、低阻的特性。
附图说明
图1为不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料的扫描电镜照片；
图2为不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料的孔径及其孔径分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但并不限制本发明。此外应理解，在阅读了本发明所授内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
所用原料：石墨；SMS基材、20g/m2，MS基材、70g/m2，购于市场。
实施例1：一种石墨烯改性聚丙烯滤料的制备方法
第一步，采用Hummers法制备氧化石墨烯，并配置浓度为1.0g/L氧化石墨烯/乙醇分散液；
第二步：将纺粘-熔喷-纺粘基材(SMS)先后用乙醇、水进行清洗，烘干待用；
第三步：将SMS基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中并保持15min，取出烘干成为半制品；
第四步：将半制品浸入浓度为0.1mol/L、温度为80～100℃的氢氧化钠溶液中并保持1小时，取出烘干得到石墨烯改性聚丙烯复合滤料；
第五步：将所得复合滤料标记为1#样品。
1#样品的过滤效率GB/T5453-1997《纺织品织物透气性的测定》进行测试)如表1所示，其孔径及其孔径分布如图1所示。
表1不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料的过滤性能
表2、表3分别为不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料使用1周、2周后的过滤性能。
表2不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料使用1周后的过滤性能
表3不同石墨烯改性聚丙烯复合滤料使用2周后的过滤性能
实施例2：一种石墨烯改性聚丙烯滤料的制备方法
制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：采用改进Hummers法制备氧化石墨烯/乙醇分散液，其浓度为0.3g/L，并将所得复合滤料标记为2#样品，其过滤效率如表1所示，其孔径及其孔径分布如图1所示。
实施例3：一种石墨烯改性聚丙烯滤料的制备方法
制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于：采用纺粘-熔喷基材(MS)作为基材，氧化石墨烯/乙醇分散液浓度为0.5g/L，并将所得复合滤料标记为3#样品，其过滤效率如表1所示，其孔径及其孔径分布如图1所示。
本发明提供的符合滤料可广泛应用于空气过滤领域，比如冶金、热电、电厂、水泥、垃圾焚烧、烟气除尘等行业，上述行业所产生的废气会加重雾霾现象，所以需要进行处理后才可排放到大气中；工业上通常采用工业高效过滤器或者以滤袋为核心的袋式除尘器或电袋复合除尘器对所排出的废气进行处理，而本发明提供的符合滤料可用在上述工业高效过滤器或者滤袋中。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种长效高效低阻的复合滤料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中，然后烘干并浸入碱液中，升温至80～100℃且维持0.5～2h，干燥得到复合滤料；
所述碱液为氢氧化钠，浓度为0.1～1mol/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯/乙醇分散液中氧化石墨烯的浓度为0.3～2.0g/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材为聚丙烯非织造材料，或者由其它聚合物或纤维构成的非织造材料或纺织品。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材浸入氧化石墨烯/乙醇分散液中的浸渍时间为15～60min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯制备方法为Hummers法或改进Hummers法，将氧化石墨烯加入至无水乙醇中制备得到氧化石墨烯/乙醇分散液；通过氧化石墨烯/乙醇分散液负载在基材形成复合滤料的反复试验和正交优化，重复评估其滤效、压力水平性能指标后，确定氧化石墨烯/乙醇分散液浓度为0.3～2.0g/L。
6.按照权利要求1-5任一所述方法制备得到的复合滤料。
7.一种防霾空气过滤材料，其特征在于，含有权利要求6的复合滤料。
8.一种工业高效过滤器，其特征在于，含有权利要求6的复合滤料，所述工业高效过滤器应用于冶金、热电、电厂、水泥、燃煤、垃圾焚烧、烟气除尘行业。
9.权利要求6所述的复合滤料的应用。
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