CN114606596B - 一种石墨烯滤芯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于滤芯材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯滤芯材料及其制备方法，该石墨烯滤芯材料，包含聚丙烯腈静电纺丝纤维，所述聚丙烯腈静电纺丝纤维包括以下原料：聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料，所述石墨烯抗菌复合材料为氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料。该石墨烯滤芯材料具有有益的杀菌效果；该石墨烯滤芯材料具有具有良好的吸附性能、透气性能和过滤效果。
Description
技术领域
本发明属于滤芯材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯滤芯材料及其制备方法。
背景技术
目前，空气污染已经成为一个不可忽视的问题。空气净化是解决空气污染问题的主要手段。滤芯是空气净化设备中最重要的部分，其性能直接影响空气净化的最终效果。
滤芯主要由滤芯材料构成。传统的滤芯材料，如高分子纤维等，仅对粒径大于0.35微米的颗粒具备有效的过滤效果，对粒径较小的小颗粒(病原体)则几乎无效。且现有的滤芯材料的抗菌效果不理想，空气净化过程中不能杀灭细菌，长时间使用后细菌在滤芯上繁殖导致空气污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯滤芯材料及其制备方法，旨在解决现有技术中的滤芯材料抗菌效果不理想的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供的一种石墨烯滤芯材料，包含聚丙烯腈静电纺丝纤维，所述聚丙烯腈静电纺丝纤维包括以下原料：聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料，所述石墨烯抗菌复合材料为氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料。
可选地，所述聚丙烯腈静电纺丝纤维还包括以下原料：细菌纤维素复合物，所述细菌纤维素复合物的用量为所述聚丙烯腈质量的20％-40％；所述细菌纤维素复合物包括以下原料：细菌纤维素、植物蛋白和植物蛋白活化剂，所述细菌纤维素和所述植物蛋白的质量比为1：0.8-0.9；所述植物蛋白活化剂在所述细菌纤维素和所述植物蛋白的混合体系中的2％-3％。
可选地，所述植物蛋白活化剂具有如式(1)所示结构：
其中，式(1)中R基团为C2-C4的烯基。
可选地，所述氧化石墨烯载银颗粒复合材料包括以下原料：烷基化的银粒子稳定剂、氧化石墨烯和含银溶液，所述烷基化的银粒子稳定剂为烷基化的环状低聚糖。
可选地，所述季铵化石墨烯复合材料为具有苝结构的季铵盐和氧化石墨烯的复合材料。
可选地，所述石墨烯抗菌复合材料的质量为所述聚丙烯腈质量的3％-6％。
为实现上述目的，本发明实施例提供的所述的石墨烯滤芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈以及氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即所述石墨烯滤芯材料。
可选地，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
2)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至65～70℃保温20～30小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液。
可选地，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
3)季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2～2.2的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至105～109℃反应4～5小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：3～5的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：5～7，搅拌并加热至55～65℃，反应10～16小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得50％-60％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.3～0.4mg/L水溶液并按1：1的体积比加入所述季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
可选地，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
4)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为34～36℃的培养箱中烘干，再冷冻20～22小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8～9小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至70～75℃并搅拌使其完全溶解，将该二甲基乙酰胺溶液加入步骤1)的静电纺丝溶液中，和聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料一同进行静电纺丝。
本发明实施例提供的石墨烯滤芯材料及其制备方法中的上述一个或多个技术方案至少具有如下技术效果之一：1、该石墨烯滤芯材料具有有益的杀菌效果；2、该石墨烯滤芯材料具有具有良好的吸附性能、透气性能和过滤效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明的实施例中，提供一种石墨烯滤芯材料，包含聚丙烯腈静电纺丝纤维，聚丙烯腈静电纺丝纤维包括以下原料：聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料，石墨烯抗菌复合材料为氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料。相比传统的滤芯材料将抗菌材料喷涂/涂布在纤维上，采用氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料和聚丙烯腈共混后静电纺丝，得到的纤维的抗菌能力更持久，且不容易衰减，抗菌性能更加稳定。
在本发明中，聚丙烯腈静电纺丝纤维还包括以下原料：细菌纤维素复合物，细菌纤维素复合物的用量为聚丙烯腈质量的20％-40％。细菌纤维素复合物具有独特的三维纳米纤维网格结构，可被用于制备空气过滤材料的基本骨架。
在本发明中，细菌纤维素复合物包括以下原料：细菌纤维素、植物蛋白和植物蛋白活化剂，细菌纤维素和植物蛋白的质量比为1：0.8-0.9；植物蛋白活化剂在细菌纤维素和植物蛋白的混合体系中的2％-3％。具体地，该植物蛋白优选为花生分离蛋白、大豆分离蛋白等各种植物种子的分离蛋白。
在本发明中，植物蛋白活化剂具有如式(1)所示结构：
其中，式(1)中R基团为C2-C4的烯基。
具体地，该植物蛋白活化剂可以是丙烯酸。植物蛋白活化剂的加入使植物蛋白的活性官能团数量和种类增加。植物蛋白，例如是大豆蛋白中含有大量的活性官能团，经过改性处理后，这些官能团可以与电荷和极性的污染物分子作用，从而对空气进行进一步的过滤。丙烯酸枝接了大豆蛋白主链上，这是因为丙烯酸的加入而增加的官能团均为功能化官能团，能与其它物质发生相互作用，如利用这些官能团的电荷及极性与空气中带有电荷和极性的污染物相互作用，达到过滤空气的作用。而且丙烯酸的加入使植物蛋白的分子空间结构发生了变化，破坏了植物蛋白部分氢键、二硫键和静电作用等，使相互缠绕的蛋白分子链打开，从而更加容易分散。
在一些对比例中，未加入植物蛋白活化剂的植物蛋白难以分散，无法和高分子材料形成稳定的过滤材料。经植物蛋白活化剂处理后，由于植物蛋白活化剂使植物蛋白分子解聚，更多内藏在内部的基团暴露。
在本发明中，氧化石墨烯载银颗粒复合材料包括以下原料：烷基化的银粒子稳定剂、氧化石墨烯和含银溶液，烷基化的银粒子稳定剂为烷基化的环状低聚糖。烷基化的环状低聚糖可以是烷基化环糊精。利用烷基化环糊精对银离子的吸附作用，烷基化环糊精还充当了还原剂和稳定剂的作用，实现了银颗粒的纳米级均匀分布在聚丙烯腈中。
在本发明中，季铵化石墨烯复合材料为具有苝结构的季铵盐和氧化石墨烯的复合材料。具有苝结构的季铵盐指含有苝基团的季铵盐。现有技术中的季铵盐容易从氧化石墨烯中分离并扩散而导致空气受到污染，且季铵盐具有一定的毒性，苝结构含有五个共轭的苯环结构，通过共轭作用将季铵盐固定在石墨烯上，具有苝结构的季铵盐的释放率低且具有很低的细胞毒性，还保持良好的杀菌效果。
具体地，本发明中的氧化石墨烯可以通过市购获得，或利用hummers法制备得到。具体的制备方法在本技术领域中为公知技术。
在本发明中，石墨烯抗菌复合材料的质量为聚丙烯腈质量的3％-6％。在本发明的一些实施例中，上述占比可以是3％、4％或6％。
为实现上述目的，本发明实施例提供的的石墨烯滤芯材料的制备方法，包括以下步骤：
1)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈以及氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
可选地，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
2)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至65～70℃保温20～30小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液。
可选地，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
3)季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2～2.2的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至105～109℃反应4～5小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：3～5的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：5～7，搅拌并加热至55～65℃，反应10～16小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得50％-60％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.3～0.4mg/L水溶液并按1：1的体积比加入季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
在本发明中，该石墨烯滤芯材料的制备方法还包括以下步骤：
4)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为34～36℃的培养箱中烘干，再冷冻20～22小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8～9小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至70～75℃并搅拌使其完全溶解，将该二甲基乙酰胺溶液加入步骤1)的静电纺丝溶液中，和聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料一同进行静电纺丝。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
石墨烯滤芯材料的制备方法，步骤如下：
1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至65℃保温30小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液；
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为34℃的培养箱中烘干，再冷冻20小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至70℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、步骤1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液和步骤2)的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例2
石墨烯滤芯材料的制备方法，步骤如下：
1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至68℃保温25小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液；
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为35℃的培养箱中烘干，再冷冻21小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8.5小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至72℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、步骤1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液和步骤2)的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例3
石墨烯滤芯材料的制备方法，步骤如下：
1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至70℃保温20小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液；
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为36℃的培养箱中烘干，再冷冻22小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥9小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至75℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、步骤1)氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液和步骤2)的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例1-3制得的石墨烯滤芯材料的PM2.5的过滤效率为98.91％(平均值，同样地，下文中的测试数据均为平均值)。由此可见，加入细菌纤维素复合物后，由于细菌纤维素复合物对污染物的吸附作用，提高了石墨烯滤芯材料整体的吸附能力，PM2.5的过滤效率提高了较高水平。对白色念珠菌(ATCC10231)的抗菌率为99.6％，对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的抗菌率为99.5，表明氧化石墨烯载银颗粒复合材料的加入提供了抑菌效果，且测得该氧化石墨烯载银颗粒复合材料体外细胞毒性为1级，无明显的细胞毒性，体现了优异的生物安全性能，可见烷基化的银粒子稳定剂对银颗粒的稳定作用。
实施例4
1)季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至105℃反应5小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：3的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：5，搅拌并加热至55℃，反应16小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得50％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.3mg/L水溶液并按1：1的体积比加入季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为34℃的培养箱中烘干，再冷冻20小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至70℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、季铵化石墨烯复合材料以及步骤2)得到的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例5
1)季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2.1的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至107℃反应4.5小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：3～5的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：6，搅拌并加热至60℃，反应13小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得55％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.35mg/L水溶液并按1：1的体积比加入季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为35℃的培养箱中烘干，再冷冻21小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8.5小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至72℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、季铵化石墨烯复合材料以及步骤2)得到的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例6
1)季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2.2的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至109℃反应4小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：5的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：7，搅拌并加热至65℃，反应10小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得60％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.4mg/L水溶液并按1：1的体积比加入季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
2)细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为36℃的培养箱中烘干，再冷冻22小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥9小时，得到细菌纤维素复合物；将该细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至75℃并搅拌使其完全溶解；
3)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈、季铵化石墨烯复合材料以及步骤2)得到的细菌纤维素复合物的二甲基乙酰胺溶液一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液，采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即石墨烯滤芯材料。
实施例4-6制得的石墨烯滤芯材料的PM2.5的过滤效率为99.12％(平均值，同样地，下文中的测试数据均为平均值)。由此可见，加入细菌纤维素复合物后，由于细菌纤维素复合物对污染物的吸附作用，提高了石墨烯滤芯材料整体的吸附能力，PM2.5的过滤效率提高了较高水平。对白色念珠菌(ATCC10231)的抗菌率为99.2％，对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)的抗菌率为99.6，表明季铵化石墨烯复合材料的加入提供了抑菌效果，且测得该季铵化石墨烯复合材料的体外细胞毒性为1级，无明显的细胞毒性，体现了优异的生物安全性能，可见苝结构的存在大大降低了季铵盐的毒性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯滤芯材料，其特征在于，包含聚丙烯腈静电纺丝纤维，所述聚丙烯腈静电纺丝纤维包括以下原料：聚丙烯腈、石墨烯抗菌复合材料和细菌纤维素复合物；
所述石墨烯抗菌复合材料为氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料；所述氧化石墨烯载银颗粒复合材料包括以下原料：烷基化的银粒子稳定剂、氧化石墨烯和含银溶液，所述烷基化的银粒子稳定剂为烷基化的环状低聚糖；所述季铵化石墨烯复合材料为具有苝结构的季铵盐和氧化石墨烯的复合材料；
所述细菌纤维素复合物的用量为所述聚丙烯腈质量的20％-40％；所述细菌纤维素复合物包括以下原料：细菌纤维素、植物蛋白和植物蛋白活化剂，所述细菌纤维素和所述植物蛋白的质量比为1：0.8-0.9；所述植物蛋白活化剂在所述细菌纤维素和所述植物蛋白的混合体系中的2％-3％；所述植物蛋白活化剂具有如式(1)所示结构：
其中，式(1)中R基团为C2-C4的烯基。
2.根据权利要求1所述的石墨烯滤芯材料，其特征在于，所述石墨烯抗菌复合材料的质量为所述聚丙烯腈质量的3％-6％。
3.根据权利要求1-2任一项所述的石墨烯滤芯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)聚丙烯腈静电纺丝纤维的制备：将聚丙烯腈以及氧化石墨烯载银颗粒复合材料和/或季铵化石墨烯复合材料一同加入第一DMF溶液中，得到静电纺丝溶液；
2)将细菌纤维素复合物加入含氯化锂的二甲基乙酰胺溶液中，加热至70～75℃并搅拌使其完全溶解，将该二甲基乙酰胺溶液加入步骤1)的静电纺丝溶液中，和聚丙烯腈和石墨烯抗菌复合材料一同采用静电纺丝设备进行静电纺丝后制得聚丙烯腈静电纺丝纤维，即所述石墨烯滤芯材料。
4.根据权利要求3所述的石墨烯滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯载银颗粒复合材料的制备：将表面活性剂加入氧化石墨烯水溶液中，搅拌均匀，加入含银溶液，继续搅拌并加热至65～70℃保温20～30小时，得到的载银氧化石墨烯产物离心分离并清洗；将载银氧化石墨烯产物和烷基化的银粒子稳定剂一同加入第二DMF溶液中，混合均匀，制得氧化石墨烯载银颗粒复合材料的DMF溶液。
5.根据权利要求3所述的石墨烯滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述季铵化石墨烯复合材料的制备：3,4,9,10-苝四甲酸二酐和已二胺以摩尔比为1：2～2.2的比例在有机溶剂中混合，在惰性气体的保护下，加热至105～109℃反应4～5小时，反应结束后冷却至室温，离心分离，收集固体产品，洗涤后得到具有氨基的苝衍生物；将具有氨基的苝衍生物和甲基化反应催化剂以1：3～5的摩尔比加入有机溶剂中混合，加入甲基化试剂，具有氨基的苝衍生物和甲基化试剂的摩尔比为1：5～7，搅拌并加热至55～65℃，反应10～16小时，离心分离，收集固体产品，洗涤后制得具有苝结构的季铵盐，将具有苝结构的季铵盐加入水制得50％-60％的季铵盐水溶液；将氧化石墨烯与水配置成0.3～0.4mg/L水溶液并按1：1的体积比加入所述季铵盐水溶液，搅拌后过滤并洗涤固体产品，烘干后得到季铵化石墨烯复合材料。
6.根据权利要求3所述的石墨烯滤芯材料的制备方法，其特征在于，所述细菌纤维素复合物的制备：将植物蛋白加入水中，得到植物蛋白水溶液，向植物蛋白水溶液中加入植物蛋白活化剂，搅拌使其反应，得到改性植物蛋白水溶液；将细菌纤维素加入水中制得细菌纤维素乳液，将细菌纤维素乳液和改性植物蛋白水溶液的上层清液进行混合并放入培养容器中，培养容器放入温度为34～36℃的培养箱中烘干，再冷冻20～22小时后放入冷冻干燥设备中冷冻干燥8～9小时，得到细菌纤维素复合物。
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