[发明专利]一种用于拦截PM1.0的空气净化材料及其制备方法

说明书

本发明属于空气净化材料技术领域，尤其涉及一种用于拦截PM1.0的空气净化材料，材料具备主要由石墨烯片搭接形成的三维网状层次孔结构，三维网状层次孔结构包括随机分布的大孔、中孔和小孔；所述大孔的孔容为0.05cm³/g～1.05cm³/g、孔径大于1000nm；所述中孔的孔容为0.10cm³/g～1.20cm³/g、孔径为100‑1000nm；所述小孔的孔容为0.10cm³/g～1.40cm³/g、孔径小于100nm。本发明提供的空气净化材料的表面和内部具有丰富和完善的层次孔结构，较大的比表面积和丰富的孔径分布。中孔和小孔的均匀分布，使得材料对PM1.0显示出良好的拦截效果，大孔的存在，使气体分子在材料的孔道中可以顺畅通过。这种层次孔的构建赋予了材料净化效率高、气流阻力小的优点。

技术领域

本发明属于空气净化材料技术领域，尤其涉及一种用于拦截PM1.0的空气净化材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，中国的许多大中城市频频产生雾霾天气，严重威胁着人民的身体健康和生命。雾霾天气产生的机制很复杂，其化学成分也很复杂，可能引发多种疾病。同时，病毒、病菌等可能会附着在大气的颗粒物上，传播疾病。

通常来说，粒径在4.7-10μm的颗粒物可以进入鼻腔和喉咙，这一阶段是可逆的，人体可以咳出来；当粒径达到2.5-4.7μm时，颗粒物就会进入气管和支气管；达到2.5μm以下时，即PM2.5，颗粒物将进入支气管末端；当颗粒物直径降低到1μm以下时，就形成了PM1.0，这种细颗粒物就可以进入肺泡血液，对人体健康造成极大的影响。与其余各种细颗粒物相比，PM1.0颗粒具有在大气中停留时间长、输送距离远、携带有害物质多等特点，应当作为未来防治雾霾工程中首要的拦截目标。

目前控制和消除雾霾的研究多聚焦于对PM2.5的过滤，而关于如何更精细化、更有效拦截PM1.0的工作却鲜有报道。传统的防尘防霾材料，孔隙直径过大，根本无法有效阻止微米级的颗粒。市场上虽然也出现了许多新型防霾滤材，这些材料通常都是通过增加厚度和层数来实现其拦截功能，不仅透气性差，同时对于PM1.0这种粒径的细颗粒物基本没有拦截效果。因此需要开发一种具有优异拦截性能和透气性能、能够有效阻挡PM1.0等大气污染物，并且制备工艺简单，成本低廉的过滤材料。

自2004年被发现以来，石墨烯这种具有二维晶体结构的材料立即引起了学术和工业界极大的兴趣。近年来，因其优异的力学性能和吸附性能，石墨烯在吸附及拦截空气污染物方面的应用成为新的研究焦点。

经过检索发现公开号为CN105266238A的中国发明专利申请公开了“一种基于氧化石墨烯的绿色防霾口罩及其制备方法”，该防霾口罩主要是在无纺布上喷涂一定浓度和体积的抗菌材料氧化石墨烯-单宁酸-银纳米颗粒溶液，这种材料不仅起到过滤和抗微生物的双重作用，其对细菌真菌等微生物也有强大的抑制杀灭作用。但是其滴涂的方式会造成基材孔隙的堵塞，降低材料的透气性能，给使用者带来呼吸不畅的不适感。

经过检索发现公开号为CN104525107A的中国发明专利申请公开了“一种石墨烯基防雾霾口罩滤材及其制备方法”，该口罩滤材是氧化石墨烯组装的三维石墨烯海绵结构，通过改变交联剂的加入量可以实现对氧化石墨烯尺寸和形状的调控。但是交联剂的加入使得滤材孔隙较小，气阻较大，极大地影响了口罩的佩戴舒适性。

片状或单一孔型的石墨烯的加入无法有效拦截PM1.0，长时间使用还会出现片层脱落的问题，影响拦截效率。而现有的一些材料，虽然可以吸附甲醛等直径远小于1.0μm的分子，但是它们的孔径分布太窄，当被用于拦截PM1.0时，颗粒会堵塞空气净化材料的孔隙，降低材料的透气性，使用时还会出现颗粒脱附，无法满足人们对空气净化材料的需求。