CN111346620A - 具有吸附性能的改性材料、其制备方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有吸附性能的改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将基材在氩气氛围下，进行一次等离子体处理；(2)将一次等离子体处理后的产物在功能性气体的氛围下，进行二次等离子体处理；(3)在二次等离子体处理后的产物的表面负载功能性粒子；(4)将表面负载有功能性粒子的产物干燥后得到1次改性材料。本发明提供的二次等离子体处理方式，能够降低功能性基团或粒子的吸附难度，提高功能性基团或粒子的量，增大改性程度。

Description

具有吸附性能的改性材料、其制备方法及用途

技术领域

本发明属于材料改性领域，尤其涉及一种具有吸附性能的改性材料、其制备方法及用途。

背景技术

纳米碳材料由于特殊的表面性质，而被认为是一种超强的吸附材料。但是，在实际应用中，对于气体过滤和液体中污染物的吸附，直接使用时会出现体系不固定，材料不易回收，吸附剂流失等问题。

化纤毡布等非织造材料在过滤与分离领域有着非常广泛的应用。随着全球化健康环保和安全用水需求的快速增长以及环境保护意识的日益提高，驱动着非织造过滤介质新产品和功能的发展。通过纳米碳材料对非织造材料进行负载改性，制备具有油水亲疏性、抗菌性、除VOC等不同功能的碳纳米材料负载改性滤材具有广泛应用前景。

目前在油中脱水、水中除油等油水分离方式，或者是净化空气中水分、有毒有机物等，均是利用材料的亲疏性差别。而亲疏性受到材料的影响。以油水分离为例，材料的亲疏性受到两个方面的影响，一个是材料的表面能，如果低于水而接近于油，则呈现亲油疏水，若接近于水，则呈现亲水疏油；另一方面还和材料表面构造的微观粗糙度有关系，粗糙度越高，而越容易亲油疏水，反之也成立。

相对于目前探索最广泛的3D结构滤材，根据材料对于流体的亲疏性原理进行制备，通常是在金属或者有机织网上物理沉积一层材料，制备的思路要么是在亲疏性材料表面构造微观粗糙度，要么是已经存在微观纳米级粗糙度表面修饰亲疏性材料。

CN107583470A中，以不锈钢丝网和尼龙织物为基底，将配置聚乙烯醇的水溶液和二氧化硅的乙醇分散液进行超声混合之后，调节PH值并加入交联剂作为涂层溶液，然后将织物基底浸入使得聚乙烯醇以及二氧化硅负载在尼龙或者不锈钢丝网之上，获得超亲水超输油的复合材料。

CN107362696A中，将聚硅氧烷-双酚A共聚物溶于有机溶剂中，浓度大概为5-15mg/ml，的溶液，并利用固化剂进行混合均匀，然后将织物(100-400目，有机的尼龙、涤纶、芳纶等，以及金属铁、不锈钢、铜网等)浸入溶液中进行吸附，最终得到超疏水超亲油的复合材料，作为分离滤材。

CN105056577A中，是以不锈钢丝网为基底，采用三层喷涂法将PTFE-PPS涂覆在基底上，并转入高温炉中进行塑化，之后随炉冷却。其中不锈钢丝需要经过碱洗、酸洗、磷化钝化后烘干，而PTFE-PPS采用的是底层悬浮液。最终获得疏水效果好、亲油速度快、亲油强度高、不易脱落等优点，并具有良好的耐化学腐蚀性。

CN103171998A，在织布表面修饰过渡金属纳米粒子，使其获得过渡金属所具有的特殊性质，同时还获得了良好的超疏水性能。其中过渡金属纳米粒子可以是铁纳米颗粒、氧化亚铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、钴纳米颗粒、氧化亚钴纳米颗粒、四氧化三钴纳米颗粒、镍纳米颗粒、一样化镍纳米颗粒、铜纳米颗粒等。最终获得材料具有纳米颗粒的特殊性能，同时还由于纳米颗粒的存在赋予材料超疏水超亲油性能。

现有技术中对基材的改性大都未对基材进行处理，导致其功能性材料的负载量少，且负载牢固性不好，本领域需要提供一种能够提高功能性材料负载量，且能够牢固负载所述功能性材料的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种具有吸附性能的改性材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将基材在氩气氛围下，进行一次等离子体处理；

(2)将一次等离子体处理后的产物在功能性气体的氛围下，进行二次等离子体处理；

(3)在二次等离子体处理后的产物的表面负载功能性粒子；

(4)将表面负载有功能性粒子的产物干燥后得到1次改性材料。

本发明选用二次等离子体处理能够分步骤的对所述基材的表面进行处理，如一次等离子体处理在氩气下进行，仅对基材表面进行粗糙度的处理，然后进行二次等离子体处理，由于所述基材表面具有一定的粗糙度，二次等离子体处理的时候，功能性基团或粒子更容易与所述基材结合。

本发明提供的二次等离子体处理方式，能够降低功能性基团或粒子的吸附难度，提高功能性基团或粒子的量，增大改性程度。

本发明所述具有吸附性能的改性材料由对于具有吸附性能的基材进行改性获得，即本发明所述基材为具有吸附性能的基材，所述改性材料意指能够对所述具有吸附性能的基材通过负载不同的功能性粒子，进行不同方向的改性，例如通过选择银作为功能性粒子对所述基材进行抗菌性的改性，通过选择石墨烯作为功能性粒子对基材进行疏水性能的改性，通过选择半导体材料作为功能性粒子对基材进行光催化性能的改性。

优选地，所述功能性气体包括空气、氢气、氧气、氮气中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述功能性粒子包括炭黑、石墨烯、碳纳米管、过渡金属纳米粒子、有机材料纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述有机材料纳米粒子包括氟硅烷纳米粒子、三聚氰胺纳米粒子、甲基丙烯酸甲酯纳米粒子、聚丁苯咪酯纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述过渡金属纳米粒子包括四氧化三铁纳米粒子、氧化亚铁纳米粒子、氧化亚钴纳米粒子、二氧化钛纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述功能性粒子包括石墨烯、石墨烯和碳纳米管的混合物、石墨烯和过渡金属纳米粒子的混合物、石墨烯和有机材料纳米粒子的混合物中的任意1种。

优选地，所述石墨烯和碳纳米管的混合物中，石墨烯和碳纳米管的质量比为1:0.5～2.0，例如1:0.9、1:1.0、1:1.3、1:1.5、1:1.7、1:1.9等。

优选地，所述石墨烯和碳纳米管的混合物中，石墨烯和过渡金属纳米粒子的质量比为1:1～10，例如1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9等。

优选地，所述石墨烯和有机材料纳米粒子的混合物中，石墨烯和有机材料纳米粒子的质量比为1:0.1～1.0，例如1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9等。

优选地，所述一次等离子体处理的功率为20～200W(例如52W、55W、58W、62W、65W、68W、72W、75W、78W、82W、85W、88W、92W、95W、98W、102W、105W、108W、112W、115W、118W、132W、145W、158W、162W、175W、188W、192W等)，处理时间为10～60min(例如12min、15min、18min、22min、25min、28min、30min、35min、40min、45min、50min、55min等)，氩气的气体流量为10～100sccm(例如20sccm、30sccm、40sccm、50sccm、60sccm、70sccm、80sccm、90sccm等)。

优选地，所述一次等离子体处理的功率为50～80W，处理时间为10～20min，氩气的气体流量为15～20sccm。

优选地，所述二次等离子体处理的功率为20～200W(例如52W、55W、58W、62W、65W、68W、72W、75W、78W、82W、85W、88W、92W、95W、98W等)，处理时间为10～60min(例如12min、15min、18min、22min、25min、28min等)，功能性气体的气体流量为10～100sccm(例如12sccm、15sccm、18sccm、22sccm、25sccm、28sccm等)。

优选地，所述一次等离子体处理的功率为50～80W，处理时间为10～20min，功能性气体的气体流量为15～20sccm。

优选地，所述在二次等离子体处理后的产物的表面涂覆功能性粒子的步骤包括如下：

(3a)将功能性粒子配制成负载溶液；

(3b)将所述负载溶液涂覆至二次等离子体处理后的产物的表面。

优选地，所述涂覆的方式包括浸渍、喷涂、刷涂中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述浸渍包括挤压浸渍和/或超声浸渍。

优选地，所述超声浸渍的温度为20～200℃，例如30℃、52℃、55℃、58℃、62℃、65℃、68℃、72℃、75℃、78℃、85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、150℃、160℃、170℃、190℃等。

优选地，所述涂覆溶液的浓度为0.5～50mg/mL，例如0.8mg/mL、1.8mg/mL、2.5mg/mL、3.8mg/mL、4.8mg/mL、10mg/mL、12mg/mL、15mg/mL、18mg/mL、20mg/mL、23mg/mL、25mg/mL、28mg/mL、35mg/mL、42mg/mL、45mg/mL等。

优选地，所述涂覆的方式为浸渍，所述涂覆溶液的浓度为1.0～20.0mg/mL，例如1.6mg/mL、1.9mg/mL、2.5mg/mL、3.2mg/mL、3.8mg/mL、8mg/mL、12mg/mL、15mg/mL、18mg/mL等。

优选地，所述涂覆的方式为喷涂，所述涂覆溶液的浓度为0.5～1.0mg/mL，例如0.6mg/mL、0.7mg/mL、0.8mg/mL、0.9mg/mL等。

优选地，所述涂覆的方式为涂刷，所述涂覆溶液的浓度为2.0～50.0mg/mL，例如2mg/mL、3mg/mL、5mg/mL、15mg/mL、18mg/mL、25mg/mL、30mg/mL、35mg/mL、40mg/mL、45mg/mL等。

优选地，步骤(4)之后重复进行步骤(3)～(4)n次，得到n+1次改性材料；n为≥0的整数(例如1、2、3、4、5、6等)；所述重复进行步骤(3)～(4)直至达到功能性粒子的预定负载量。

优选地，对于n+1次改性材料进行如下步骤处理：

(X)对n+1次改性材料等离子体注入银锌二元离子。

优选地，步骤(X)中，等离子体注入银锌二元离子的离子注入量为10¹⁷个/cm²。

优选地，步骤(1)之前进行步骤(1’)对基材进行清洗、烘干处理。

优选地，所述清洗包括超声清洗。

优选地，所述超声清洗的时间为15～30min(例如15min、18min、22min、25min、28min等)。

优选地，所述烘干的处理温度为50～100℃(例如52℃、55℃、58℃、62℃、65℃、68℃、72℃、75℃、78℃、82℃、85℃、88℃、92℃、95℃、98℃等)，处理时间为2～48h(例如2.5h、3.0h、3.5h、10h、20h、30h、40h等)。

优选地，所述基材包括纤维基材或金属基材。

优选地，所述纤维基材包括尼龙、涤纶、腈纶、芳纶、玻纤、碳纤维中的任意1种或至少2种的组合。

优选地，所述金属基材包括不锈钢、铜网、铁网、镍网中的任意1种或至少2种的组合。

本发明目的之二是提供一种具有吸附性能的改性材料，所述改性材料通过目的之一所述的制备方法获得。

优选地，所述改性材料表面负载有功能性材料。

优选地，所述改性材料表面负载功能性材料的负载量≥1％，优选负载量≥2％，进一步优选负载量≥5％，特别优选负载量≥10％。

本发明所述的改性材料表面负载功能性材料的负载量可以根据预定值通过控制重复进行步骤(3)～(4)的次数进行控制。

本发明目的之三是提供一种如目的之二所述的具有吸附性能的改性材料的用途，所述具有吸附性能的改性材料用作过滤材料、吸附材料、油水分离材料、抗菌材料或催化降解材料。

本发明目的之四是提供一种过滤材料，所述过滤材料包括目的之二所述的具有吸附性能的改性材料。

优选地，所述过滤材料通过目的之一所述的制备方法获得。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明选用二次等离子体处理能够分步骤的对所述基材的表面进行处理，一次等离子体处理仅对基材表面进行粗糙度的处理，然后进行二次等离子体处理，在所述基材表面负载功能性基团或粒子，实现对基材的改性。本发明提供的二次等离子体处理方式，能够降低功能性基团或粒子的吸附难度，提高功能性基团或粒子的量，增大改性程度。

(2)本发明提供的具有吸附性能的改性材料的制备方法仅进行等离子体改性，对基体材料的选择范围广，对改性的方向具有普适性。

(3)在本发明的优选技术方案中，负载量可控，可以根据预定值通过控制重复进行步骤(3)～(4)的次数进行控制。

附图说明

图1为对比例1-1的PP毡布的接触角的照片。

图2为实施例1-1的3次改性材料的接触角的照片图。

图3为对比例2-1的银锌二元离子负载的黏胶纤维的SEM图。

图4为实施例2-1的银锌二元离子负载的1次改性材料的SEM图。

图5是实施例3-1的1次改性材料等离子刻蚀后纤维表面的SEM图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1-1

一种具有吸附性能的改性材料，通过如下方法制备得到：

(1)选用厚度为3mm的PP毡布，在去离子水中进行超声清洗，除掉表面杂质，超声时间为15min；清洗完毕之后在鼓风干燥机内，50℃烘干4h；

(2)将干燥后的毡布，放入等离子腔体中；

(3)通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为20min，温度为室温，功率为80W，气体流量为20sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为80W，气体流量为15sccm，得到二次等离子体处理产品；

(4)配置3mg/mL的石墨烯的水-乙醇分散液，水和乙醇的体积比为4:1；将二次等离子体处理产品浸入80℃的石墨烯的水-乙醇分散液中，进行超声浸渍，得到浸渍有石墨烯的产品；

(5)浸渍后，将浸渍有石墨烯的产品经双辊涂布机挤除多余浆料，放入鼓风干燥机，50℃烘干3h，得到1次改性材料；

(6)将1次改性材料再次浸渍在80℃的3mg/mL的石墨烯的水-乙醇分散液(水和乙醇的体积比为4:1)中，进行超声浸渍，浸渍后，将浸渍有石墨烯的产品经双辊涂布机挤除多余浆料，放入鼓风干燥机，50℃烘干3h，得到2次改性材料；

(7)将2次改性材料再次浸渍在80℃的3mg/mL的石墨烯的水-乙醇分散液(水和乙醇的体积比为4:1)中，进行超声浸渍，浸渍后，将浸渍有石墨烯的产品经双辊涂布机挤除多余浆料，放入鼓风干燥机，50℃烘干3h，得到3次改性材料。

所述3次改性材料中，石墨烯的负载量为3.7％。

实施例1-2

与实施例1-1的区别仅在于，步骤(3)为：

通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为30min，温度为室温，功率为50W，气体流量为30sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为30min，温度为室温，功率为100W，气体流量为30sccm，得到二次等离子体处理产品。

实施例1-3

与实施例1-1的区别仅在于，步骤(3)为：

通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为100W，气体流量为10sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为50W，气体流量为10sccm，得到二次等离子体处理产品。

实施例1-4

与实施例1-1的区别仅在于，步骤(4)为：

配置4mg/mL的石墨烯的水-乙醇分散液，水和乙醇的体积比为4:1；将二次等离子体处理产品浸入50℃的石墨烯的水-乙醇分散液中，进行超声浸渍，得到浸渍有石墨烯的产品。

实施例1-5

与实施例1-1的区别仅在于，不进行步骤(6)～(7)。

对比例1-1

以厚度为3mm的PP毡布为对比例1-1。

对比例1-2

与实施例1-1的区别在于不进行氩气氛围的等离子处理，步骤(3)为：通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为80W，气体流量为15sccm，得到二次等离子体处理产品。

性能测试：

(1)疏水性：测试方法为对水接触角：利用接触角测量仪，滴入直径2μm水滴，稳定后用仪器检测与毡布基底接触角；

(2)石墨烯负载量：称重负载前后的质量，石墨烯负载量＝(负载后的质量-负载前的质量)/负载前的质量；

性能测试结果见表1：

表1

样品	疏水性(接触角)，°	石墨烯负载量，％
			实施例1-1	158	3.7
实施例1-2	155	3.3
			实施例1-3	146	3.1
实施例1-4	140	2.6
			实施例1-5	139	1.2
对比例1-1	135	0
			对比例1-2	150	3.2

从表1的结果可以看出，PP纤维(对比例1-1)本身的疏水性参考值(XlogP)为3.32，有一定的疏水性，因此在石墨烯浆料中没有浸润性，石墨烯不易负载；经氩气等离子体处理后，PP纤维表面结构改变，浸润性改善，经氢等离子体处理后，在PP纤维表面接枝氢健，具有电负性的石墨烯能够快速均匀的负载到纤维表面，从而获得负载量较大，且稳定的滤材。

图1为对比例1-1的PP毡布的接触角的照片；图2为实施例1-1的3次改性材料的接触角的照片图。从图1和图2可以看出在在石墨烯负载前，水滴不浸润但是形成扁平状，对于接触角能达到135°左右，得益于毡布表面的一个微米级粗糙度，但是单根纤维不存在疏水性，失去了表面微观结构，而在负载石墨烯之后，从肉眼上和显微镜观测，水滴接近球状结构，接触角可达158°，拥有了超疏水性，证明了石墨烯的负载后，对于材料整体和纤维的整体疏水性提升。

实施例2-1

一种具有吸附性能的改性材料，通过如下方法制备得到：

(1)选用500g/m²的黏胶纤维毡，在去离子水中进行超声清洗，除掉表面杂质，超声清洗；清洗完毕之后在鼓风干燥机内，50℃烘干4h；

(2)将干燥后的毡布，放入等离子腔体中；

(3)通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为50W，气体流量为20sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入空气，进行空气等离子体处理，时间为20min，温度为室温，功率为60W，气体流量为15sccm，得到二次等离子体处理产品；

(3)配置2mg/mL的石墨烯/碳纳米管的去离子水分散液，石墨烯和碳纳米管的质量比为1:1；将二次等离子体处理产品浸入50℃的石墨烯/碳纳米管的去离子水分散液中，进行超声浸渍，得到浸渍有石墨烯/碳纳米管的产品；

(4)浸渍后，将浸渍有石墨烯/碳纳米管的产品静置排除多余的石墨烯/碳纳米管的去离子水分散液，然后置于冷冻干燥机内冷冻干燥24h，得到1次改性材料；所述1次改性材料中，石墨烯/碳纳米管的负载量为2wt％；

(5)取出1次改性材料，等离子体注入银锌二元离子，离子注入量为10¹⁷个/cm²，得到银锌二元离子负载的1次改性材料。

实施例2-2

与实施例1-1的区别仅在于，步骤(3)为：

通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为200W，气体流量为10sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为10min，温度为室温，功率为200W，气体流量为100sccm，得到二次等离子体处理产品。

实施例2-3

与实施例1-1的区别仅在于，步骤(3)为：

通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为60min，温度为室温，功率为20W，气体流量为100sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氢气，进行氢等离子体处理，时间为40min，温度为室温，功率为50W，气体流量为100sccm，得到二次等离子体处理产品。

实施例2-4

与实施例2-1的区别仅在于，步骤(4)为：

配置0.8mg/mL的石墨烯/碳纳米管的去离子水分散液，石墨烯和碳纳米管的质量比为1:1；将石墨烯/碳纳米管的去离子水分散液在负压作用下喷涂至二次等离子体处理产品上，得到浸渍有石墨烯/碳纳米管的产品。

对比例2-1

以500g/m²的黏胶纤维毡等离子体注入银锌二元离子，离子注入量为10¹⁷个/cm²，得到银锌二元离子负载的黏胶纤维。

对比例2-2

与实施例2-1的区别在于不进行氩气氛围的等离子处理，步骤(3)为：通入空气，进行空气等离子体处理，时间为20min，温度为室温，功率为60W，气体流量为15sccm，得到二次等离子体处理产品。

性能测试：

(1)抗菌性：测试方法为AATCC-100方法检测抑菌率，检测菌种为大肠杆菌，先进行接种大肠杆菌，加入一定量的配合液，再震荡将菌液洗出，利用稀释平板法检测菌液的菌浓；

(2)银锌释放量：ICP-OES测定经银系抗菌剂处理的织物洗涤20次后释放出来的银含量；

性能测试结果见表2：

表2

样品	抑菌率，％	银锌释放量，％
			实施例2-1	99	33.5
实施例2-2	90	38.8
			实施例2-3	88	40.5
实施例2-4	82	46.4
			对比例2-1	71	63.6
对比例2-2	90	40.1

从表2的结果可以看出，从抗菌性的角度上看，在经过氩气和空气的双重作用后，再进行吸附Gr/CNT，能够获得较高的抑菌率，并且二者相对吸附稳定，能够在洗涤20次后，有最低的银锌释放量，安全性和稳定性均高，而对于未有等离子体处理的样品，虽然由于银锌等离子注入原因保持较高的抑菌率，但是其稳定性降低，释放量升高近两倍，对环境以及材料本身稳定性提升有限。

图3为对比例2-1的银锌二元离子负载的黏胶纤维的SEM图；图4为实施例2-1的银锌二元离子负载的1次改性材料的SEM图。从图3和图4可以看出在进行等离子体处理后，对于Gr/CNT的负载能力大提升，负载形貌变化巨大，无等离子体处理，纤维表面光滑，负载后纳米颗粒会紧密吸附在纤维之上，不利于之后的银锌等离子注入，等离子处理后，纤维纳米颗粒吸附后，颗粒收到表面刻蚀影响增加孔隙，增加银锌离子负载位点，有利于抗菌性和稳定性的提升。

实施例3-1

一种具有吸附性能的改性材料，通过如下方法制备得到：

(1)选用单丝0.8g/m的碳纤维布，在乙醇中进行超声清洗30min，除掉表面杂质；清洗完毕之后鼓风干燥机内，100℃烘干2h；

(2)将干燥后的毡布，放入等离子腔体中；

(3)通入氩气，进行氩等离子体处理，时间为20min，温度为室温，功率为70W，气体流量为20sccm，得到一次等离子体处理产品；之后通入氮气，进行氮等离子体进行处理，功率为100W，时间20min，气体流量为20sccm，得到二次等离子体处理产品；

(4)配置1.5mg/mL的石墨烯/二氧化钛的乙醇分散液，石墨烯和二氧化钛的质量比为1:5；将二次等离子体处理产品浸入石墨烯/二氧化钛的乙醇分散液中，挤压浸渍，得到浸渍有石墨烯/二氧化钛的产品；

(5)浸渍后，将浸渍有石墨烯/二氧化钛的产品取出，真空干燥，得到1次改性材料；所述1次改性材料中，石墨烯/二氧化钛的负载量为10wt％。

实施例3-2

与实施例3-1的区别仅在于，步骤(4)为：

配置3.0mg/mL的石墨烯/二氧化钛的乙醇分散液，石墨烯和二氧化钛的质量比为1:5；将石墨烯/二氧化钛的乙醇分散液涂刷至二次等离子体处理产品上，得到浸渍有石墨烯/二氧化钛的产品。

对比例3-1

以单丝0.8g/m的碳纤维布为对比例3-1。

对比例3-2

与实施例3-1的区别在于不进行氩气氛围的等离子处理，步骤(3)为：通入氮气，进行氮等离子体进行处理，功率为100W，时间20min，气体流量为20sccm，得到二次等离子体处理产品。

性能测试：

(1)光催化性能：测试方法采用高压汞灯为光源，催化降解甲基蓝的方式进行检测，对不同实施例和对比例均选择一个样品进行检测，其余参数保持一致维2h，用紫外可见分光光度计检测降解后溶液浓度，并计算降解率；

(2)石墨烯二氧化钛负载量：称重负载前后的质量，石墨烯二氧化钛负载量＝(负载后的质量-负载前的质量)/负载前的质量；

性能测试结果见表3：

表3

从表3可以看出，光催化性能和二氧化钛负载量呈正相关，在负载量较高的情况下，对于甲基蓝的降解率相对较高，且经过等离子体处理之后的样品能够获得更高的负载量，相对应的提升了材料的光催化性能。

从表3的结果可以看出，先后进行氩气等离子体处理、氮等离子体处理后，在碳纤维表面获得氨基-NH₂等活性基团，在改性表面活性的基础上，打断表面化学键，使得对纤维表面大分子链断裂成小分子产物，对表面刻蚀的同时能增加表面自由基，使得新接枝的官能团和附近的自由基产生交联结构，进而促进二维碳材料的吸附。

图5是实施例3-1的1次改性材料等离子刻蚀后纤维表面的结构。从图3中可以看出，先氩后氮等离子体处理后，纤维表面明显刻蚀，出现了大量的凹坑，增加表面粗糙度，在吸附后能够进一步的增加纳米片层之间的介孔，碳纤维负载石墨烯/二氧化钛滤材具有光催化性能，能有效分解液体和空气中的VOC。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种具有吸附性能的改性材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将基材在氩气氛围下，进行一次等离子体处理；

(2)将一次等离子体处理后的产物在功能性气体的氛围下，进行二次等离子体处理；

(3)在二次等离子体处理后的产物的表面负载功能性粒子；

(4)将表面负载有功能性粒子的产物干燥后得到1次改性材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述功能性气体包括空气、氢气、氧气、氮气中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述功能性粒子包括炭黑、石墨烯、碳纳米管、过渡金属纳米粒子、有机材料纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述有机材料纳米粒子包括氟硅烷纳米粒子、三聚氰胺纳米粒子、甲基丙烯酸甲酯纳米粒子、聚丁苯咪酯纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述过渡金属纳米粒子包括四氧化三铁纳米粒子、氧化亚铁纳米粒子、氧化亚钴纳米粒子、二氧化钛纳米粒子中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述功能性粒子包括石墨烯、石墨烯和碳纳米管的混合物、石墨烯和过渡金属纳米粒子的混合物、石墨烯和有机材料纳米粒子的混合物中的任意1种；

优选地，所述石墨烯和碳纳米管的混合物中，石墨烯和碳纳米管的质量比为1:0.5～2.0；

优选地，所述石墨烯和碳纳米管的混合物中，石墨烯和过渡金属纳米粒子的质量比为1:1～10；

优选地，所述石墨烯和有机材料纳米粒子的混合物中，石墨烯和有机材料纳米粒子的质量比为1:0.1～1.0。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述一次等离子体处理的功率为20～200W，处理时间为10～60min，氩气的气体流量为10～100sccm；

优选地，所述一次等离子体处理的功率为50～100W，处理时间为10～20min，氩气的气体流量为15～20sccm；

优选地，所述二次等离子体处理的功率为20～200W，处理时间为10～60min，功能性气体的气体流量为10～100sccm；

优选地，所述一次等离子体处理的功率为50～100W，处理时间为10～20min，功能性气体的气体流量为15～20sccm。

4.如权利要求1～3之一所述的制备方法，其特征在于，所述在二次等离子体处理后的产物的表面负载功能性粒子的步骤包括如下：

(3a)将功能性粒子配制成负载溶液；

(3b)将所述负载溶液涂覆至二次等离子体处理后的产物的表面；

优选地，所述涂覆的方式包括浸渍、喷涂、刷涂中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述浸渍包括挤压浸渍和/或超声浸渍；

优选地，所述超声浸渍的温度为20～200℃；

优选地，所述涂覆溶液的浓度为0.5～50mg/mL；

优选地，所述涂覆的方式为浸渍，所述涂覆溶液的浓度为1.0～20.0mg/mL；

优选地，所述涂覆的方式为喷涂，所述涂覆溶液的浓度为0.5～1.0mg/mL；

优选地，所述涂覆的方式为涂刷，所述涂覆溶液的浓度为2.0～50.0mg/mL。

5.如权利要求1～4之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)之后重复进行步骤(3)～(4)n次，得到n+1次改性材料；n为≥0的整数；

所述重复进行步骤(3)～(4)直至达到功能性粒子的预定负载量；

优选地，对于n+1次改性材料进行如下步骤处理：

(X)对n+1次改性材料等离子体注入银锌二元离子；

优选地，步骤(X)中，等离子体注入银锌二元离子的离子注入量为10¹⁷个/cm²。

6.如权利要求1～5之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)之前进行步骤(1’)对基材进行清洗、烘干处理；

优选地，所述清洗包括超声清洗；

优选地，所述超声清洗的时间为15～30min；

优选地，所述烘干的处理温度为50～100℃，处理时间为2～48h。

7.如权利要求1～6之一所述的制备方法，其特征在于，所述基材包括纤维基材或金属基材；

优选地，所述纤维基材包括尼龙、涤纶、腈纶、芳纶、玻纤、碳纤维中的任意1种或至少2种的组合；

优选地，所述金属基材包括不锈钢、铜网、铁网、镍网中的任意1种或至少2种的组合。

8.一种具有吸附性能的改性材料，其特征在于，所述改性材料通过权利要求1～7之一所述的制备方法获得；

优选地，所述改性材料表面负载有功能性材料；

优选地，所述改性材料表面负载功能性材料的负载量≥1％，优选负载量≥2％，进一步优选负载量≥5％，特别优选负载量≥10％。

9.一种如权利要求8所述的具有吸附性能的改性材料的用途，其特征在于，所述具有吸附性能的改性材料用作过滤材料、吸附材料、油水分离材料、抗菌材料或催化降解材料。

10.一种过滤材料，其特征在于，所述过滤材料包括权利要求8所述的具有吸附性能的改性材料；

优选地，所述过滤材料通过权利要求1～7之一所述的制备方法获得。

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