CN112023528A - 一种石墨烯滤网的制备方法和石墨烯滤芯及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种石墨烯滤网的制备方法和石墨烯滤芯及其应用。所述石墨烯滤网的制备方法包括以下步骤：获取2‑5层石墨烯材料；按质量份数称取以下组分：所述石墨烯材料3‑8份，水92‑97份；以上各个组分的质量份数的总和为100份；将所述石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料；将所述浆料均匀涂布于滤芯基材上，得到中间产物；将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网。本发明实施例制备的石墨烯滤网具有优异的杀毒灭菌性能。

Description

一种石墨烯滤网的制备方法和石墨烯滤芯及其应用
技术领域
本发明涉及一种石墨烯滤网的制备方法、一种石墨烯滤芯、一种空调、一种净水器和一种空气净化器。
背景技术
石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子的排列与石墨的单层原子一样，是一种排列成蜂窝状六角形的平面晶体。因其独特的电学性能、力学性能、热性能以及光学性能，被广泛应用于各个领域。
石墨烯具体应用领域有：储能领域，石墨烯可用于制造超级电容器、超级锂电池；光电器件领域，石墨烯可用于制造太阳能电池、晶体管、电脑芯片、触摸屏等；材料领域，石墨烯可作为新的添加剂，可用于制造新型涂料以及制作防静电材料；生物医药领域，石墨烯良好的阻隔性能和生物相容性，可用于药物载体、生物诊断、生物监测等；散热领域，石墨烯散热薄膜可广泛应用于超薄大功耗电子产品。
发明内容
本发明提供了一种石墨烯滤网的制备方法和一种石墨烯滤芯及其应用。所述石墨烯滤网和所述石墨烯滤芯具有很好的抑菌性能，能够杀死细菌和病毒，实现对空气和水的净化。
本发明提供的一种石墨烯滤网的制备方法，包括以下步骤：
a)获取2-5层石墨烯材料；
b)按质量份数获取称取以下组分：所述石墨烯材料3-8份，水92-97份；以上各个组分的质量份数的总和为100份；
c)将所述石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料；
d)将所述浆料均匀涂布于滤芯基材上，得到中间产物；
e)将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网。
在本发明的一个实施例中，获取所述2-5层石墨烯材料包括以下步骤：
a)在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K，其中，使用所述保护气体保持所述反应空间的压强在1.2-1.5MPa之间；
b)向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；
c)得到2-5层的石墨烯材料。
优选的，所述滤芯基材包括无纺布、骨架布或纸中的至少一种。
在本发明的一个实施例中，所述将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网的过程包括：
将所述中间产物在150-180℃的条件下烘干3-10min，得到所述石墨烯滤网。
另一方面，本发明实施例提供了一种石墨烯滤芯，包括：
第一滤网，其为如上任意一项实施例所述制备方法得到的石墨烯滤网；
外框架，围设在所述第一滤网的四周。
优选的，所述第一滤网为褶皱状、平面状或圆筒状。
优选的，所述第一滤网为所述滤网基材为骨架布制得的石墨烯滤网；
第二滤网，与所述第一滤网形成双层滤网结构，其为如上任意一项实施例所述的制备方法得到的石墨烯滤网，所述滤网基材为无纺布。
进一步，本发明提供了一种空调，包括空调本体，所述空调本体具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。
进一步，本发明提供了一种空气净化器，包括空气净化器本体，所述空气净化器本体具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。
进一步，本发明提供了一种净水器，包括净水器本体，所述净水器本体具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。
综上所述，本申请上述各个实施例可以具有以下优点和有益效果：通过该种方法制得的石墨烯滤芯具有很强的抑菌性，检测报告表明，该石墨烯滤芯的抑菌率高达99％。
附图说明
图1为本发明提供的一种石墨烯滤网的制备方法的流程图。
图2为本发明提供的一种石墨烯材料的制备方法的流程图。
图3为本发明制备得到的完整石墨烯晶相照片。
图4为本发明制备得到的石墨烯材料边缘部分微观照片。
图5为本发明制备得到的石墨烯放大5万倍的二维结构。
图6为本发明第一实施例制备得到的石墨烯滤芯的送检样品。
图7为本发明提供的一种石墨烯滤芯。
主要元件符号说明：
1为第一滤网；2为外框架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，其为本发明提供的石墨烯滤网的制备方法的流程图，包括以下步骤：
a)获取2-5层石墨烯材料；
b)按质量份数获取称取以下组分：所述石墨烯材料3-8份，水92-97份；以上各个组分的质量份数的总和为100份；
c)将所述石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料；
d)将所述浆料均匀涂布于滤芯基材上，得到中间产物；
e)将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网。
参见图2，其为所述2-5层石墨烯材料的制备方法的流程图，包括以下步骤：
a1)在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K；使用所述保护气体保持所述反应空间的压强在1.2-1.5MPa之间。
b1)向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；
c1)得到2-5层的石墨烯材料。本发明首先将保护气体通入反应空间内，再将反应空间用电弧加热至一定温度。
其中，通入保护气体能够将空气全部挤出反应空间，避免反应气体在高温高压条件下与空气中的氧气产生反应；一方面，防止在制备过程中反应空间内产生燃烧甚至爆炸现象，造成意外事件的发生；一方面，能够控制反应空间的压强，使反应进行地更加彻底。优选的，所述保护气体为惰性气体。举例来说，所述保护气体可以是氦气，还可以是氩气，此处不做限制。
其中，气态碳源的分解反应为可逆反应，反应气体的转化率在90％-95％之间。其中，反应气体的转化率随着反应温度的升高而增大；在同一温度下，压强越高转换率越低。为了使所述分解反应尽可能地正向进行，制备出更多的石墨烯材料，优选的，所述反应空间的压强为1.2Mpa-1.5Mpa，具体可为1.2Mpa、1.3Mpa、1.4Mpa、1.5Mpa；反应温度为3500K-3800K，具体可为3500K、3600K、3700K、3800K。
进一步，通过保护气体控制反应空间内的压强，同时，为了提高实验的安全性，将所述保护气体的温度控制在50-70℃，具体可为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。
其中，在所述保护气体环境下将反应空间加热至3500-3800K，包括：所述反应空间处于磁场环境；在所述反应空间内通入的电流已生成等离子电弧，优选的，通入电流的大小为70-130A，具体可为70A、80A、90A、100A、110A、120A、130A。
在保护气体环境下，将反应空间电弧加热至3500K-3800K后，再向所述反应空间内通入反应气体。所述反应气体为气态碳源，优选的，所述反应气体为乙炔和/或甲烷。其中，将普通民用液化天然气进行除硫纯化，即可得到纯净度达99％的甲烷。制备成本较低，制备过程简单，可适用大规模工业生产。
进一步，通过显微镜对所述石墨烯材料的物理形态进行观察，得到如图3-5所示的电镜图。具体的，从图3可知，在2纳米级别的放大视图中，通过第一实施例制备得到的材料为具有蜂巢结构的石墨烯材料；从图4可知，在10-20纳米级别的放大图中，该石墨烯材料的边缘犹如锋利的尖刀；从图5可知，在5万倍的放大图中，该石墨烯材料为不规则二维结构，其四周犹如布满了锋利的尖刀。
进一步，所述滤芯基材包括无纺布、骨架布或纸中的至少一种。
进一步，所述将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网的过程包括：将所述中间产物在150-180℃的条件下烘干3-10min，得到所述石墨烯滤网。具体的，烘干温度可为150、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃；烘干时间可为3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min。
【第一实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取3份所述2-5层石墨烯材料，97份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于骨架布上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在150℃的条件下烘干10min，得到石墨烯滤网。
【第二实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取5份所述2-5层石墨烯材料，95份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于骨架布上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在150℃的条件下烘干10min，得到石墨烯滤网。
【第三实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取8份所述2-5层石墨烯材料，92份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于骨架布上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在150℃的条件下烘干10min，得到石墨烯滤网。
【第四实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取3份所述2-5层石墨烯材料，97份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于无纺布上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在150℃的条件下烘干3min，得到石墨烯滤网。
【第五实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取5份所述2-5层石墨烯材料，95份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于无纺布上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在165℃的条件下烘干3min，得到石墨烯滤网。
【第六实施例】
1.获取2-5层石墨烯材料；
2.称取8份所述2-5层石墨烯材料，92份水；
3.将所述2-5层石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料。
4.将制备得到的浆料均匀涂布于纸上，得到中间产物。
5.将所述中间产物在180℃的条件下烘干6min，得到石墨烯滤网。
将如图6示的样品材料送至中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心进行抑菌率检测。其中，样品材料为实施例1制备的石墨烯滤网，对照样品为PBS。检测项目为抑菌率。按标准规定，将送检样品裁剪成5mm见方，称取0.75克/瓶。检测依据为GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》第3部分：振荡法。检测用菌的菌种为大肠杆菌(Escherichiacoli)ATCC 25922、金黄色葡萄球菌(Staphyloccus aureus)ATCC 6538、以及白色念珠菌(Candida albicans)ATCC 10231。
检测报告的具体检测数据如下所示：
Figure BDA0002673451470000081
其中，初始接种菌液的浓度分别为：大肠杆菌3.3×105CFU/ml、金黄色葡萄球菌3.5×105CFU/ml、白色念珠菌2.8×105CFU/ml；将送检样与接种菌液混合18h后，菌数均值分别为：大肠杆菌<1.0CFU/ml、金黄色葡萄球菌<1.0CFU/ml、白色念珠菌3.5×103CFU/ml。检测数据显示，送检样对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于99％，具有很好的抑菌性能。
检测结果如下：
Figure BDA0002673451470000082
Figure BDA0002673451470000091
由检测结果可得，送检样对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于99％，远远超出标准要求值的60％和70％。由此可证，实施例1制备的石墨烯滤网具有较强的抑菌作用。
进一步，参见图7，本发明实施例提供了一种石墨烯滤芯，包括：第一滤网1，其为如上任意一项实施例所述制备方法得到的石墨烯滤网；外框架2，围设在所述第一滤网的四周。
具体的，所述第一滤网可以为平面状，可以为褶皱状，还可以为圆筒状，此处不做限制。举例来说，当第一滤网为褶皱状时，能够增大所述石墨烯滤芯与空气的接触面积，从而杀死更多的细菌和病毒。
优选的，所述第一滤网为第一实施例或第二实施例所述的通过骨架布制得的石墨烯滤网；第二滤网，与所述第一滤网形成双层滤网结构，其为第四实施例所述的通过无纺布制备得到的石墨烯滤网。
进一步，本发明提供了一种空调，包括空调本体，所述空调本体可以是现有的空调，但是其具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。在所述空调本体工作时所述石墨烯滤芯能够杀死空气和空调内部附着的各种病菌，防止在室内密闭环境中出现交叉感染现象。
进一步，本发明提供了一种空气净化器，包括空气净化器本体，所述空气净化器本体具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。当所述空气净化器工作时，风机将室内的空气从进风口吸入，所述石墨烯滤芯能够杀死空气中的细菌或者病毒，完成净化后，再将净化过的空气从空气净化器排出，从而起到杀毒杀菌的功能。
进一步，本发明提供了一种净水器，包括净水器本体，所述净水器本体具有如上任意一项实施例所述的石墨烯滤芯。当所述净水器工作时，不仅能够除去水中的泥沙和异味，所述石墨烯滤芯优异的物理抗菌性能还能够杀死水中的细菌和病毒，进一步对水进行净化。

Claims (10)

1.一种石墨烯滤网的制备方法，其特征在于，包括：
获取2-5层石墨烯材料；
按质量份数称取以下组分：所述石墨烯材料3-8份，水92-97份；以上各个组分的质量份数的总和为100份；
将所述石墨烯材料均匀分散在水中，制备得到浆料；
将所述浆料均匀涂布于滤芯基材上，得到中间产物；
将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网。
2.根据权利要求1所述的石墨烯滤网的制备方法，其特征在于，获取所述2-5层石墨烯材料包括以下步骤：
在保护气体环境下将反应空间电弧加热至3500-3800K，其中，使用所述保护气体保持所述反应空间的压强在1.2-1.5MPa之间；
向所述反应空间内通入反应气体，所述反应气体包括乙炔和/或甲烷；
得到2-5层的石墨烯材料。
3.根据权利要求1所述的石墨烯滤网的制备方法，其特征在于，所述滤芯基材包括无纺布、骨架布或纸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯滤网的制备方法，其特征在于，所述将所述中间产物烘干得到石墨烯滤网的过程包括：
将所述中间产物在150-180℃的条件下烘干3-10min，得到所述石墨烯滤网。
5.一种石墨烯滤芯，其特征在于，包括：
第一滤网，为如权利要求1-4任意一项所述的制备方法得到的石墨烯滤网；
外框架，围设在所述第一滤网的四周。
6.根据权利要求5所述的石墨烯滤芯，其特征在于，所述第一滤网为褶皱状、平面状或圆筒状。
7.根据权利要求5所述的石墨烯滤芯，其特征在于，所述第一滤网为所述滤网基材为骨架布制得的石墨烯滤网；
第二滤网，与所述第一滤网形成双层滤网结构，其为如权利要求1-4任意一项所述的制备方法得到的石墨烯滤网，所述滤网基材为无纺布。
8.一种空调，其特征在于，包括空调本体，所述空调本体具有如权利要求5-7任意一项所述的石墨烯滤芯。
9.一种空气净化器，其特征在于，包括空气净化器本体，所述空气净化器本体具有如权利要求5-7任意一项所述的石墨烯滤芯。
10.一种净水器，其特征在于，包括净水器本体，所述净水器本体具有如权利要求5-7任意一项所述的石墨烯滤芯。
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