CN113385161A - 一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及除甲醛材料技术领域，且公开了一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨8～9重量份、双氧水6～8重量份、硝酸钠3～4重量份、浓硫酸10～14重量份、氯化氢5～7重量份、高锰酸钾25～28重量份。该石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺，具备可以高效利用可见光的光能激发空气中的水分子和氧气，从而将空气中的游离甲醛以及其他有机污染物彻底分解成对人体没有危害的水和二氧化碳，达到高效分解甲醛的效果的优点。
Description
技术领域
本发明涉及除甲醛材料技术领域，具体为一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺。
背景技术
为适应人们对空气质量的要求，市场上出现了各种类型的空气净化器，大部分采用活性炭等多孔材料来吸附空气中的有害气体，但吸附材料活性炭的吸附容量都有限，在吸附达到饱和以后，就会出现污染物穿透现象。也有将光催化技术来降解空气中甲醛等有机物，或者采用负离子发生器产生负氧离子来改善空气质量，普通光触媒只在紫外光照条件下达到分解甲醛的功效，但太阳光中紫外光区较小，含量比较低。所以普通的光触媒虽具有长效分解甲醛的功能，但分解效率较低。
石墨烯是一种二维的sp2杂化炭材料，石墨烯材料具有大比表面积和良好的机械强度等众多优良性能。石墨烯材料可与有机污染物之间产生强烈的络合反应，起到良好的吸附效果，还能将细菌直接杀死，从根本上治理空气污染，因此，将石墨烯这种独特的结构和化学性能与过滤技术相结合的空气净化技术也已经成为空气治理的“新王牌。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺，具备可以高效利用可见光的光能激发空气中的水分子和氧气，从而将空气中的游离甲醛以及其他有机污染物彻底分解成对人体没有危害的水和二氧化碳，达到高效分解甲醛的效果的优点，解决了普通光触媒只在紫外光照条件下达到分解甲醛的功效，但太阳光中紫外光区较小，含量比较低，所以普通的光触媒虽具有长效分解甲醛的功能，但分解效率较低的问题。
(二)技术方案
为实现可以高效利用可见光的光能激发空气中的水分子和氧气，从而将空气中的游离甲醛以及其他有机污染物彻底分解成对人体没有危害的水和二氧化碳，达到高效分解甲醛的效果的目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨6～12重量份、双氧水4～9重量份、硝酸钠1～5重量份、浓硫酸7～18重量份、氯化氢3～9重量份、高锰酸钾20～35重量份。
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨7～10重量份、双氧水5～8重量份、硝酸钠2～4重量份、浓硫酸8～16重量份、氯化氢4～8重量份、高锰酸钾22～30重量份。
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨8～9重量份、双氧水6～8重量份、硝酸钠3～4重量份、浓硫酸10～14重量份、氯化氢5～7重量份、高锰酸钾25～28重量份。
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，包括如下步骤：
S1、将浓硫酸放置于搅拌罐内，并将鳞片石墨放入浓硫酸中进行混合搅拌，混合的过程中加入硝酸钠进行持续混合搅拌，准备冷水池，将搅拌罐转放入冷水池内进行降温反应，反应的过程中加入高锰酸钾进行搅拌反应，使得溶液混合；
S2、在准备温度为45℃的温水池，将搅拌罐转放入温水池内进行升温反应，进行持续的混合搅拌操作，再加入去离子水进行稀释反应，稀释完成后向搅拌罐内添加双氧水并进行搅拌，使得混合溶液的颜色从棕褐色转变为亮金色，此时通过过滤设备对溶液进行过滤，再用氯化氢溶液进行清洗过滤得到固体滤物，将固体滤物放置在干燥箱内进行真空干燥操作，得到氧化石墨烯；
S3、将S2中得到的氧化石墨烯固体放置在超声波分散池中，再加入水进行超声分散处理操作，再离心分离得到氧化石墨烯的分散水溶液；
S4、将聚氮杂环丙烷添加至S3中得到的氧化石墨烯的分散水溶液中进行混合搅拌，再准备80℃温度的热水池将混合搅拌后的溶液隔水加热反应5小时，获得初步的石墨烯水凝胶；
S5、通过去离子水将S4中得到的石墨烯水凝胶进行洗涤，以此去除石墨烯水凝胶中多余的杂质，再将洗涤后的石墨烯水凝胶放入冷冻干燥机内进行干燥反应，得到最终的石墨烯纳米复合凝胶。
优选的，所述S1中降温反应的温度不超过18℃。
优选的，所述S1中降温反应持续1.5小时。
优选的，所述S2中的升温反应持续10～12小时。
优选的，所述搅拌速率保持在300～400转每分钟。
优选的，所述S5中冷冻干燥的温度保持在-55℃～-45℃，干燥15～18小时。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺，具备以下有益效果：
该石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺，通过制备的石墨烯纳米复合除醛材料是一种具有窄带系的半导体复合材料，可见光光能便可以激发其电子发生跃迁，因此可以高效利用可见光的光能激发空气中的水分子和氧气，从而将空气中的游离甲醛以及其他有机污染物彻底分解成对人体没有危害的水和二氧化碳，达到高效分解甲醛的效果，石墨烯纳米复合除醛材料除醛效果较普通光触媒提高120％，较Cu-Ce/TiO2提高80％，石墨烯的透光性,大比表面积、高导电性,吸附富集有机气体，加快电子传输，提高催化活性，具有很好的除甲醛性能。
具体实施方式
下面将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做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。
实施例1：
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨6重量份、双氧水4重量份、硝酸钠1重量份、浓硫酸7重量份、氯化氢3重量份、高锰酸钾20重量份。
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，包括如下步骤：
S1、将浓硫酸放置于搅拌罐内，并将鳞片石墨放入浓硫酸中进行混合搅拌，混合的过程中加入硝酸钠进行持续混合搅拌，准备冷水池，将搅拌罐转放入冷水池内进行降温反应，反应的过程中加入高锰酸钾进行搅拌反应，使得溶液混合；
S2、在准备温度为45℃的温水池，将搅拌罐转放入温水池内进行升温反应，进行持续的混合搅拌操作，再加入去离子水进行稀释反应，稀释完成后向搅拌罐内添加双氧水并进行搅拌，使得混合溶液的颜色从棕褐色转变为亮金色，此时通过过滤设备对溶液进行过滤，再用氯化氢溶液进行清洗过滤得到固体滤物，将固体滤物放置在干燥箱内进行真空干燥操作，得到氧化石墨烯；
S3、将S2中得到的氧化石墨烯固体放置在超声波分散池中，再加入水进行超声分散处理操作，再离心分离得到氧化石墨烯的分散水溶液；
S4、将聚氮杂环丙烷添加至S3中得到的氧化石墨烯的分散水溶液中进行混合搅拌，再准备80℃温度的热水池将混合搅拌后的溶液隔水加热反应5小时，获得初步的石墨烯水凝胶；
S5、通过去离子水将S4中得到的石墨烯水凝胶进行洗涤，以此去除石墨烯水凝胶中多余的杂质，再将洗涤后的石墨烯水凝胶放入冷冻干燥机内进行干燥反应，得到最终的石墨烯纳米复合凝胶。
S1中降温反应的温度不超过18℃。
S1中降温反应持续1.5小时。
S2中的升温反应持续10～12小时。
搅拌速率保持在300～400转每分钟。
S5中冷冻干燥的温度保持在-55℃～-45℃，干燥15～18小时。
实施例2：
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，其由以下重量份数组成：鳞片石墨12重量份、双氧水9重量份、硝酸钠5重量份、浓硫酸18重量份、氯化氢9重量份、高锰酸钾35重量份。
实施例3：
一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，由以下重量份数组成：鳞片石墨8重量份、双氧水7重量份、硝酸钠4重量份、浓硫酸12重量份、氯化氢6重量份、高锰酸钾26重量份。
综上所述，该石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料及制备工艺，将浓硫酸放置于搅拌罐内，并将鳞片石墨放入浓硫酸中进行混合搅拌，混合的过程中加入硝酸钠进行持续混合搅拌，准备冷水池，将搅拌罐转放入冷水池内进行降温反应，反应的过程中加入高锰酸钾进行搅拌反应，使得溶液混合；在准备温度为45℃的温水池，将搅拌罐转放入温水池内进行升温反应，进行持续的混合搅拌操作，再加入去离子水进行稀释反应，稀释完成后向搅拌罐内添加双氧水并进行搅拌，使得混合溶液的颜色从棕褐色转变为亮金色，此时通过过滤设备对溶液进行过滤，再用氯化氢溶液进行清洗过滤得到固体滤物，将固体滤物放置在干燥箱内进行真空干燥操作，得到氧化石墨烯；将得到的氧化石墨烯固体放置在超声波分散池中，再加入水进行超声分散处理操作，再离心分离得到氧化石墨烯的分散水溶液；将聚氮杂环丙烷添加至S3中得到的氧化石墨烯的分散水溶液中进行混合搅拌，再准备80℃温度的热水池将混合搅拌后的溶液隔水加热反应5小时，获得初步的石墨烯水凝胶；通过去离子水将得到的石墨烯水凝胶进行洗涤，以此去除石墨烯水凝胶中多余的杂质，再将洗涤后的石墨烯水凝胶放入冷冻干燥机内进行干燥反应，得到最终的石墨烯纳米复合凝胶，通过制备的石墨烯纳米复合除醛材料是一种具有窄带系的半导体复合材料，可见光光能便可以激发其电子发生跃迁，因此可以高效利用可见光的光能激发空气中的水分子和氧气，从而将空气中的游离甲醛以及其他有机污染物彻底分解成对人体没有危害的水和二氧化碳，达到高效分解甲醛的效果，石墨烯纳米复合除醛材料除醛效果较普通光触媒提高120％，较Cu-Ce/TiO2提高80％，石墨烯的透光性,大比表面积、高导电性,吸附富集有机气体，加快电子传输，提高催化活性，具有很好的除甲醛性能。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，其特征在于：由以下重量份数组成：鳞片石墨6～12重量份、双氧水4～9重量份、硝酸钠1～5重量份、浓硫酸7～18重量份、氯化氢3～9重量份、高锰酸钾20～35重量份。
2.一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，其特征在于：由以下重量份数组成：鳞片石墨7～10重量份、双氧水5～8重量份、硝酸钠2～4重量份、浓硫酸8～16重量份、氯化氢4～8重量份、高锰酸钾22～30重量份。
3.一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料，其特征在于：由以下重量份数组成：鳞片石墨8～9重量份、双氧水6～8重量份、硝酸钠3～4重量份、浓硫酸10～14重量份、氯化氢5～7重量份、高锰酸钾25～28重量份。
4.一种基于权利要求1-3任意一项的石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1、将浓硫酸放置于搅拌罐内，并将鳞片石墨放入浓硫酸中进行混合搅拌，混合的过程中加入硝酸钠进行持续混合搅拌，准备冷水池，将搅拌罐转放入冷水池内进行降温反应，反应的过程中加入高锰酸钾进行搅拌反应，使得溶液混合；
S2、在准备温度为45℃的温水池，将搅拌罐转放入温水池内进行升温反应，进行持续的混合搅拌操作，再加入去离子水进行稀释反应，稀释完成后向搅拌罐内添加双氧水并进行搅拌，使得混合溶液的颜色从棕褐色转变为亮金色，此时通过过滤设备对溶液进行过滤，再用氯化氢溶液进行清洗过滤得到固体滤物，将固体滤物放置在干燥箱内进行真空干燥操作，得到氧化石墨烯；
S3、将S2中得到的氧化石墨烯固体放置在超声波分散池中，再加入水进行超声分散处理操作，再离心分离得到氧化石墨烯的分散水溶液；
S4、将聚氮杂环丙烷添加至S3中得到的氧化石墨烯的分散水溶液中进行混合搅拌，再准备80℃温度的热水池将混合搅拌后的溶液隔水加热反应5小时，获得初步的石墨烯水凝胶；
S5、通过去离子水将S4中得到的石墨烯水凝胶进行洗涤，以此去除石墨烯水凝胶中多余的杂质，再将洗涤后的石墨烯水凝胶放入冷冻干燥机内进行干燥反应，得到最终的石墨烯纳米复合凝胶。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：所述S1中降温反应的温度不超过18℃。
6.根据权利要求4所述的一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：所述S1中降温反应持续1.5小时。
7.根据权利要求4所述的一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：所述S2中的升温反应持续10～12小时。
8.根据权利要求4所述的一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：所述搅拌速率保持在300～400转每分钟。
9.根据权利要求4所述的一种石墨烯纳米复合凝胶的除甲醛材料的制备工艺，其特征在于：所述S5中冷冻干燥的温度保持在-55℃～-45℃，干燥15～18小时。
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