CN111686516A - 一种石墨烯复合过滤网及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合过滤网及其制备方法，该石墨烯复合过滤网的原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇30％～60％，甲苯二异氰酸酯20％～50％，石墨烯材料0.1％～1％，活性炭粉15％～40％，催化剂0.1％～1％、泡沫稳定剂0.1％～5％、表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。本发明还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法。本发明的活性炭滤网是在聚氨酯基材上发泡过程中负载石墨烯活性炭制备而成，其含碳量约为30‑40％，具有良好的吸附性，可用于空气净化，有效去除挥发性有机化合物和空气中的微尘、臭味、甲苯、甲醇等污染物，具有成型性好，空气阻力、压降小，净化效果好等优点。

Description

一种石墨烯复合过滤网及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯过滤网及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯复合过滤网及其制备方法。
背景技术
石石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种石墨烯过滤网及其制备方法，采用聚氨酯发泡工艺，制备一种含活性炭石墨烯聚氨酯过滤棉，具有良好的吸附性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯复合过滤网，其中，所述的石墨烯复合过滤网的原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇30％～60％，甲苯二异氰酸酯20％～50％，石墨烯材料0.1％～1％，活性炭粉15％～40％，催化剂0.1％～1％、泡沫稳定剂0.1％～5％、表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
上述的石墨烯复合过滤网，其中，所述的石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
上述的石墨烯复合过滤网，其中，所述的催化剂为有机锡类催化剂；所述的泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
上述的石墨烯复合过滤网，其中，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠中的任意一种或多种。
上述的石墨烯复合过滤网，其中，所述的添加剂包含氢氟酸、邻四乙基硅酸盐、均三甲苯、二乙烯三胺、六偏磷酸钠、赖氨酸、硝酸铁、硫酸亚铁、碱式碳酸铜中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌后常温超声处理，得到氧化石墨烯溶液；步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，搅拌，升温，反应完成后再升温烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物；步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
上述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其中，所述的步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
上述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其中，所述的步骤3中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min。
上述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其中，所述的步骤4中，将活性炭粉加入到溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干。
上述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其中，所述的石墨烯复合功能过滤棉，尺寸为100×200cm，厚度为3～30mm，过滤棉的孔隙为细孔，阻力为气体线速度1.0m/Sec，4mm压降为42pa，8mm压降为98pa。
本发明提供的石墨烯复合过滤网及其制备方法具有以下优点：
本发明是基于石墨烯功能基础上，将其与改性活性炭复合，并复合到聚氨酯中，制备出石墨烯复合功能性过滤棉，其具有优异的除甲醛、除臭味、除PM2.5的功能，主要用于各种空气净化器、空调器空调扇、抽油烟机、暖风机以及特殊用途的风道过滤等，成型性好、气阻、压降很小，具有很好的净化效果。亦用于生活领域，如制作活性炭鞋垫、保健床垫等，有良好的除臭效果。
本方法制备的石墨烯复合功能性过滤棉，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
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过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇30％～60％，甲苯二异氰酸酯20％～50％，石墨烯材料0.1％～1％，活性炭粉15％～40％，催化剂0.1％～1％、泡沫稳定剂0.1％～5％、表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂，即，成分为有机锡类化合物；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂，即，成分为有机硅类。
表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠等中的任意一种或多种。
添加剂包含氢氟酸、邻四乙基硅酸盐、均三甲苯、二乙烯三胺、六偏磷酸钠、赖氨酸、硝酸铁、硫酸亚铁、碱式碳酸铜等中的任意一种或多种。
本发明还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌后常温超声处理，得到氧化石墨烯溶液；步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的石墨烯改性溶液中，搅拌，升温，反应完成后再升温烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物；步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。未注明的参数和条件都在本领域内的常用范围中选择。
步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min。
步骤4中，将活性炭粉加入到溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干。
制得的石墨烯复合功能过滤棉的尺寸为100×200cm，厚度为3～30mm，过滤棉的孔隙为细孔，阻力为气体线速度1.0m/Sec，4mm压降为42pa，8mm压降为98pa。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯复合过滤网及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯复合过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇30％，甲苯二异氰酸酯50％，石墨烯材料0.1％，活性炭粉15％，催化剂1％、泡沫稳定剂0.1％、表面活性剂1％，添加剂2.8％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
表面活性剂包含聚乙烯醇或聚乙二醇。
添加剂包含氢氟酸或邻四乙基硅酸盐。
本实施例还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物。
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
实施例2
一种石墨烯复合过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇38.2％，甲苯二异氰酸酯30％，石墨烯材料0.3％，活性炭粉25％，催化剂0.7％、泡沫稳定剂3％、表面活性剂0.8％，添加剂2％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
表面活性剂包含木质素磺酸钠。
添加剂包含均三甲苯、二乙烯三胺。
本实施例还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物。
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
实施例3
一种石墨烯复合过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇35％，甲苯二异氰酸酯21.1％，石墨烯材料0.5％，活性炭粉40％，催化剂0.2％、泡沫稳定剂2％、表面活性剂0.2％，添加剂1％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
表面活性剂包含聚乙烯吡络烷酮。
添加剂包含六偏磷酸钠或赖氨酸。
本实施例还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物。
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
实施例4
一种石墨烯复合过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇40％，甲苯二异氰酸酯28.3％，石墨烯材料0.7％，活性炭粉20％，催化剂0.5％、泡沫稳定剂5％、表面活性剂0.5％，添加剂5％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
表面活性剂包含十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠。
添加剂包含硝酸铁、硫酸亚铁。
本实施例还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物。
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
实施例5
一种石墨烯复合过滤网，其原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇60％，甲苯二异氰酸酯20％，石墨烯材料1％，活性炭粉17.7％，催化剂0.1％、泡沫稳定剂1％、表面活性剂0.1％，添加剂0.1％。
石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
催化剂为有机锡类催化剂；泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠中的任意一种或多种。
添加剂包含氢氟酸、邻四乙基硅酸盐、均三甲苯、二乙烯三胺、六偏磷酸钠、赖氨酸、硝酸铁、硫酸亚铁、碱式碳酸铜中的任意一种或多种。
本实施例还提供了该石墨烯复合过滤网的制备方法，其包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min，得到氧化石墨烯溶液。
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物。
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
本发明各实施例制得的石墨烯复合功能过滤棉，尺寸为100×200cm，厚度为3～30mm，过滤棉的孔隙为细孔，阻力为气体线速度1.0m/Sec，4mm压降为42pa，8mm压降为98pa。
本发明提供的石墨烯复合过滤网及其制备方法，采用聚氨酯发泡工艺，制备一种含活性炭石墨烯聚氨酯过滤棉，特别是优先制备石墨烯活性炭材料，再通过聚氨酯发泡工艺制备石墨烯活性炭过滤棉。该活性炭滤网是在聚氨酯基材上发泡过程中负载石墨烯活性炭制备而成，其含碳量约为30-40％，具有良好的吸附性。该过滤棉可用于空气净化，有效去除挥发性有机化合物和空气中的微尘、臭味、甲苯、甲醇等污染物，该产品成型性好，空气阻力、压降小，净化效果好等，可广泛应用于空气净化器，空调、电脑主机等微尘及有毒有害物质过滤，还可用于鞋垫、床垫等，具有良好的除臭效果。
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)

1.一种石墨烯复合过滤网，其特征在于，所述的石墨烯复合过滤网的原料按质量百分比计包含：聚醚多元醇30％～60％，甲苯二异氰酸酯20％～50％，石墨烯材料0.1％～1％，活性炭粉15％～40％，催化剂0.1％～1％、泡沫稳定剂0.1％～5％、表面活性剂0.1％～1％，添加剂0.1％～5％。
2.如权利要求1所述的石墨烯复合过滤网，其特征在于，所述的石墨烯材料采用氧化石墨烯粉体。
3.如权利要求1所述的石墨烯复合过滤网，其特征在于，所述的催化剂为有机锡类催化剂；所述的泡沫稳定剂为有机硅类稳定剂。
4.如权利要求1所述的石墨烯复合过滤网，其特征在于，所述的表面活性剂包含聚乙烯醇、聚乙二醇、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基吡咯烷酮、十二烷基磺酸钠中的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的石墨烯复合过滤网，其特征在于，所述的添加剂包含氢氟酸、邻四乙基硅酸盐、均三甲苯、二乙烯三胺、六偏磷酸钠、赖氨酸、硝酸铁、硫酸亚铁、碱式碳酸铜中的任意一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，常温超声处理；
步骤3，将表面活性剂、添加剂添加到步骤2所得的溶液中，搅拌后常温超声处理，得到氧化石墨烯溶液；
步骤4，将活性炭粉加入到步骤3所得的溶液中，搅拌，升温，反应完成后再升温烘干，得到功能性石墨烯复合活性炭粉混合物；
步骤5，将步骤4所得的石墨烯活性炭粉和聚醚多元醇、甲苯二异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂高速搅拌下混合发泡，固化后脱模得到石墨烯复合功能过滤棉；
步骤6，将石墨烯复合功能过滤棉加工成过滤网。
7.如权利要求6所述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，将氧化石墨烯粉体加入到去离子水中，按质量百分比计氧化石墨烯浓度为0.1％～10％，常温超声处理20～40min。
8.如权利要求6所述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，搅拌10～20min后常温超声处理20～40min。
9.如权利要求6所述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，将活性炭粉加入到溶液中，活性炭粉与石墨烯溶液质量比为1:(1～3)，通过搅拌机搅拌30～60min，升温到50℃～80℃，反应1～3h，完成后再升温到80℃～120烘干。
10.如权利要求6所述的石墨烯复合过滤网的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯复合功能过滤棉，尺寸为100×200cm，厚度为3～30mm，过滤棉的孔隙为细孔，阻力为气体线速度1.0m/Sec，4mm压降为42pa，8mm压降为98pa。
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