一种石墨烯@光触媒复合材料及制备方法、催化剂、吸附型材料与流程

1.本发明涉及石墨烯新型材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯@光触媒复合材料及制备方法、催化剂、吸附型材料。


背景技术：

2.石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
3.随着现在多种病毒株进入全球扩散后，又出现大面积病毒感染，并伴有多种病毒及病毒变异的可能。对于病毒的预防上，目前主要方法是隔离和配戴口罩，同时寄希望于防病毒疫苗。但是防疫疫苗的研发与生产需要时间及临床试验，能否终止这场病毒需要时间去验证。而怎样减少病毒传染人员，降低死亡人数，是我们迫切需要解决的难题。
4.在现有技术中，一般是采用催化板对空气进行净化处理。现有的催化板材料，基材大部分采用带孔的金属材料，如带孔铝板，带孔铝合金扳，带孔铜板或带孔铁板等。这些材料没有吸附功能，表面催化剂与污染物发生反应能量低、催化效率差、杀死病毒能力弱


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨烯@光触媒复合材料，用于解决现有技术中催化板材料的催化效率低且杀死病毒能力弱的问题，同时，本发明还将提供一种石墨烯@光触媒复合材料的制备方法；此外，本发明还将提供一种用于有机物分解的催化剂和一种用于空气净化的吸附型材料。
6.为实现上述目的及其他相关目的，
7.本发明的第一方面，提供一种石墨烯@光触媒复合材料，所述石墨烯@光触媒复合新材料包括吸附载体，所述吸附载体上依次设置有石墨烯底层、催化剂层和杀菌层；
8.所述吸附载体上设置有若干个微孔；
9.所述石墨烯底层包括如下重量份数的组分：800～1000份的聚合物乳液，1500～4000份的固体吸附剂，15～500份的石墨烯原料a；
10.所述催化剂层包括如下重量份数的组分：100～250份的聚合物乳液，10～30份的纳米二氧化钛，30～60份的纳米氧化锌，20～50份的石墨烯原料b，5～25份的碳纳米管材料。
11.上述石墨烯@光触媒复合材料设置吸附载体，吸附载体上设置有若干个微孔，使得气体中的有机物和病毒被吸附后，净化后的气体可直接穿过吸附载体从而实现空气流通的功能。上述石墨烯@光触媒复合材料的石墨烯底层、催化剂层和杀菌层三者配合使用，既可以促进石墨烯@光触媒复合材料的有机物降解催化的速率，还可以提高石墨烯@光触媒复合材料的杀菌性能。将石墨烯@光触媒复合材料放置在通风处，即可实现净化空气和杀灭病毒
的功能，适用于现下疫情防控，避免空气循环污染问题。
12.于本发明的一实施例中，所述杀菌层为纳米银；
13.所述吸附载体为聚醚发泡海绵；
14.所述聚合物乳液为聚醋酸乙烯乳液；
15.所述固体吸附剂为沸石；
16.所述石墨烯原料a为氧化石墨烯或石墨烯浆料；
17.所述石墨烯原料b为球型石墨烯。
18.所述碳纳米管材料为碳纳米管bt1001m。
19.聚合物乳液除了采用聚醋酸乙烯乳液，还可以采用其他有相似功能的聚合物乳液替代。
20.吸附载体除了可以采用聚醚发泡海绵，还可以采用其他发泡海绵。
21.上述石墨烯@光触媒复合材料可以吸附病毒，石墨烯@光触媒复合材料通过物理吸附病毒，之后采用石墨烯等物质促进有机物化学分解，还配合使用纳米银损伤病毒细菌dn等方法，提高杀菌率，使得杀灭病毒有效率达到99.99％。同时纳米银又作为催化剂更好地提高了催化效果，提高催化效率。
22.于本发明的一实施例中，所述石墨烯底层包括如下重量份数的组分：800～1000份的聚合物乳液，1500～4000份的固体吸附剂，15～50份的三层氧化石墨烯。
23.通过聚合物乳液起到粘接固定的效果，但是聚合物乳液在烘干过程中会形成一定的微孔，避免完全阻隔空气流通。固体吸附剂将氧化石墨烯吸附在微孔中，之后再吸附病毒、有机物等，更利于后期杀菌和分解有机物。
24.于本发明的一实施例中，所述石墨烯底层包括如下重量份数的组分：800～1000份的聚合物乳液，1500～4000份的固体吸附剂，150～500份的石墨烯浆料。
25.于本发明的一实施例中，所述聚醚发泡海绵的孔径为0.5～1mm；
26.所述沸石的粒径≥300目；
27.所述纳米二氧化钛的粒径为1～20nm；
28.所述纳米氧化锌的粒径为5～30nm。
29.于本发明的一实施例中，所述催化剂层的厚度为0.1～0.3mm；所述杀菌层的厚度为0.05～0.15mm。
30.将催化剂层和杀菌层的厚度控制在超薄，在完成吸附的同时不影响杀菌、分解、气体流通等。
31.本发明的第二方面，提供一种制备上述石墨烯@光触媒复合材料的方法，包括如下步骤：
32.步骤一、将800～1000份的聚合物乳液、1500～4000份的固体吸附剂、15～500份的石墨烯原料a、300～1500份的去离子水混合混匀形成混合液a，将吸附载体放入混合液a中吸附浸泡，取出烘干，即得由石墨烯底层和吸附载体组成的石墨烯基材；
33.步骤二、将100～250份的聚合物乳液、10～30份的纳米二氧化钛、30～60份的纳米氧化锌、20～50份的石墨烯原料b、5～25份的碳纳米管材料，1000～2000份的去离子水混合混匀形成混合液c，在石墨烯基材上涂抹混合液c，烘干即形成催化剂层；
34.步骤三、将纳米银离子液体涂抹在催化剂层表面，烘干即形成抗菌层。
35.上述石墨烯@光触媒复合材料在制备过程中，制备过程按照石墨烯底层、催化剂层和杀菌层，每一次都需要单独烘干，既便于下一次涂抹，也能除去不需要的溶剂。
36.于本发明的一实施例中，所述步骤一中浸泡时间≥30min；所述步骤一中烘干温度为85～125℃，烘干时间为3～5h；
37.所述步骤二中烘干温度为90～110℃，烘干时间为30～150min；
38.所述步骤三中烘干温度为90～110℃，烘干时间≥30min；所述步骤三中纳米银离子液体中银离子浓度为500ppm～1000ppm。
39.本发明的第三方面，提供一种用于有机物分解的催化剂，所述催化剂包括上述石墨烯@光触媒复合材料。上述石墨烯@光触媒复合材料具有催化效果，可以用作有机物分解的催化剂，既可以单独使用，也可以与其他物质配合使用。
40.本发明的第四方面，提供一种用于空气净化的吸附型材料，所述吸附型材料包括上述石墨烯@光触媒复合材料。上述石墨烯@光触媒复合材料能够对空气中污染物颗粒进行吸附，并对空气中的有机化合物进行分解，同时杀灭空气中病毒，起到净化空气杀灭病毒，预防病毒传染的作用。
41.上述石墨烯@光触媒复合材料可以用做空气净化的滤芯，用空气动力把空气中的病毒吸附在材料上，并用紫外光线照射材料，杀灭石墨烯@光触媒复合材料上吸附的病毒，使得净化后的空气中病毒含量降低，达到减少空气中病毒的数量的功能，防止大规模病毒的感染。
42.如上所述，本发明的一种石墨烯@光触媒复合材料及制备方法、催化剂、吸附型材料，具有以下有益效果：
43.1、上述石墨烯@光触媒复合材料设置吸附载体，吸附载体上设置有若干个微孔，使得气体中的有机物和病毒被吸附后，净化后的气体可直接穿过吸附载体从而实现空气流通的功能。上述石墨烯@光触媒复合材料的石墨烯底层、催化剂层和杀菌层三者配合使用，既可以促进石墨烯@光触媒复合材料的有机物降解催化的速率，还可以提高石墨烯@光触媒复合材料的杀菌性能。将石墨烯@光触媒复合材料放置在通风处，即可实现净化空气和杀灭病毒的功能，适用于现下疫情防控，避免空气循环污染问题。
44.2、上述石墨烯@光触媒复合材料可以吸附病毒，石墨烯@光触媒复合材料通过物理吸附病毒，之后采用石墨烯等物质促进有机物化学分解，还配合使用纳米银损伤病毒细菌dn等方法，提高杀菌率，使得杀灭病毒有效率达到99.99％。同时纳米银又作为催化剂更好地提高了催化效果，提高催化效率。
具体实施方式
45.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
46.实施例1
47.一种制备上述石墨烯@光触媒复合材料的方法，包括如下步骤：
48.步骤一、将800g的聚醋酸乙烯乳液、1500g的沸石、15g的三层氧化石墨烯、500g份的去离子水混合混匀形成混合液a，将聚醚发泡海绵放入混合液a中吸附浸泡60min，拿出来在设备上压控制涂层数量，再经烘箱烘烤干燥(烘干温度为95℃，烘干时间为5h)，即得由石
墨烯底层和吸附载体组成的石墨烯基材；
49.步骤二、将100g的聚醋酸乙烯乳液、15g的纳米二氧化钛、35g的纳米氧化锌、25g的球型石墨烯、5g碳纳米管bt1001m，1200g的去离子水混合混匀形成混合液b，在石墨烯基材上涂抹混合液b，在烘箱中烘干(烘干温度为95℃，烘干时间为150min)，即形成催化剂层；
50.步骤三、将纳米银离子液体(纳米银离子液体中银离子浓度为1000ppm)涂抹在催化剂层表面，在烘干生产线上烘干(烘干温度为90℃，烘干时间60min)，即形成抗菌层。
51.具体地，所述吸附载体为聚醚发泡海绵，所述吸附载体上设置有若干个微孔；所述聚醚发泡海绵的孔径为0.5～1mm；
52.所述沸石的粒径≥300目；
53.所述纳米二氧化钛的粒径为1～20nm；
54.所述纳米氧化锌的粒径为5～30nm；
55.所述催化剂层的厚度为0.1mm；所述杀菌层的厚度为0.05mm。
56.实施例2
57.一种制备上述石墨烯@光触媒复合材料的方法，包括如下步骤：
58.步骤一、将1000g的聚醋酸乙烯乳液、3500g的沸石、50g的三层氧化石墨烯、1200g的去离子水混合混匀形成混合液a，将聚醚发泡海绵放入混合液a中吸附浸泡60min，拿出来在设备上压控制涂层数量，再经烘箱烘烤干燥(烘干温度为120℃，烘干时间为3h)，即得由石墨烯底层和吸附载体组成的石墨烯基材；
59.步骤二、将250g的聚醋酸乙烯乳液、30g的纳米二氧化钛、60g的纳米氧化锌、50g的球型石墨烯、18g碳纳米管bt1001m，2000g的去离子水混合混匀形成混合液b，在石墨烯基材上涂抹混合液b，在烘箱中烘干(烘干温度为110℃，烘干时间为60min)，即形成催化剂层；
60.步骤三、将纳米银离子液体(纳米银离子液体中银离子浓度为700ppm)涂抹在催化剂层表面，在烘干生产线上烘干(烘干温度为100℃，烘干时间60min)，即形成抗菌层。
61.具体地，所述吸附载体为聚醚发泡海绵，所述吸附载体上设置有若干个微孔；所述聚醚发泡海绵的孔径为0.5～1mm；
62.所述沸石的粒径≥300目；
63.所述纳米二氧化钛的粒径为1～20nm；
64.所述纳米氧化锌的粒径为5～30nm；
65.所述催化剂层的厚度为0.3mm；所述杀菌层的厚度为0.15mm。
66.实施例3
67.一种制备上述石墨烯@光触媒复合材料的方法，包括如下步骤：
68.步骤一、将900g的聚醋酸乙烯乳液、3000g的沸石、40g的三层氧化石墨烯、1200g的去离子水混合混匀形成混合液a，将聚醚发泡海绵放入混合液a中吸附浸泡60min，拿出来在设备上压控制涂层数量，再经烘箱烘烤干燥(烘干温度为115℃，烘干时间为3～5h)，即得由石墨烯底层和吸附载体组成的石墨烯基材；
69.步骤二、将200g的聚醋酸乙烯乳液、25g的纳米二氧化钛、50g的纳米氧化锌、40g的球型石墨烯、10g碳纳米管bt1001m，1500g的去离子水混合混匀形成混合液b，在石墨烯基材上涂抹混合液b，在烘箱中烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为100min)，即形成催化剂层；
70.步骤三、将纳米银离子液体(纳米银离子液体中银离子浓度为800ppm)涂抹在催化
剂层表面，在烘干生产线上烘干(烘干温度为105℃，烘干时间60min)，即形成抗菌层。
71.具体地，所述吸附载体为聚醚发泡海绵，所述吸附载体上设置有若干个微孔；所述聚醚发泡海绵的孔径为0.5～1mm；
72.所述沸石的粒径≥300目；
73.所述纳米二氧化钛的粒径为1～20nm；
74.所述纳米氧化锌的粒径为5～30nm；
75.所述催化剂层的厚度为0.2mm；所述杀菌层的厚度为0.1mm。
76.实施例4
77.一种制备上述石墨烯@光触媒复合材料的方法，包括如下步骤：
78.步骤一、将950g的聚醋酸乙烯乳液、3000g的沸石、35g的三层氧化石墨烯、1500g的去离子水混合混匀形成混合液a，将聚醚发泡海绵放入混合液a中吸附浸泡60min，拿出来在设备上压控制涂层数量，再经烘箱烘烤干燥(烘干温度为85～125℃，烘干时间为3～5h)，即得由石墨烯底层和吸附载体组成的石墨烯基材；
79.步骤二、将180g的聚醋酸乙烯乳液、20g的纳米二氧化钛、45g的纳米氧化锌、40g的球型石墨烯、12g碳纳米管bt1001m，1300g的去离子水混合混匀形成混合液b，在石墨烯基材上涂抹混合液b，在烘箱中烘干(烘干温度为105℃，烘干时间为100min)，即形成催化剂层；
80.步骤三、将纳米银离子液体(纳米银离子液体中银离子浓度为800ppm)涂抹在催化剂层表面，在烘干生产线上烘干(烘干温度为105℃，烘干时间60min)，即形成抗菌层。
81.具体地，所述吸附载体为聚醚发泡海绵，所述吸附载体上设置有若干个微孔；所述聚醚发泡海绵的孔径为0.5～1mm；
82.所述沸石的粒径≥300目；
83.所述纳米二氧化钛的粒径为1～20nm；
84.所述纳米氧化锌的粒径为5～30nm；
85.所述催化剂层的厚度为0.2mm；所述杀菌层的厚度为0.1mm。
86.将实施例1～4制备得到的石墨烯@光触媒复合材料进行如下检测：
87.一、抗菌率、光催化抗细菌贡献值的检测，检测依据为gbt23763-2009。
88.1、检测条件：光照时间为24h，暗处放置时间为24h；光照强度为uv-a紫外灯0.097mw/cm2；紫外线波长为365nm。
89.2、样品说明：检测样品为附着有石墨烯@光触媒复合材料的加工平板材料，空白对照样品为加工平板材料。根据标准剪裁成只存为50mm*50mm，取六片进行实验，取均值。
90.样品预处理：uv紫外灯照射24h，光照强度为1.02mw/cm2。
91.3、测试菌种：大肠埃希氏菌as1.90。测试用菌液浓度(cfu/ml)：7.5*105。
92.4、检测结果：
93.表格1
[0094][0095]
从表格1的数据中可以看出，实施例1～4制备得到的石墨烯@光触媒复合材料具有较强的抗菌作用，抗菌率高达99.99％。
[0096]
二、检测乙醛光催化去除量、乙醛去除率，检测依据gbt23761-2009.
[0097]
1、检测条件：反应器光路窗口面积200mm*100mm；
[0098]
试验场所温度25℃；
[0099]
仪器设备：岛津gc-2014c气相色谱仪；
[0100]
光照强度：uv-a紫外灯1.01mw/cm2；紫外线波长365nm，光照时间3h；
[0101]
反应气流量为100ml/min，反应器浓度为5.04ml/m3。
[0102]
2、样品说明：
[0103]
试验样品制作：根据标准剪裁成只存为200mm*100mm，取六片进行实验，取均值。
[0104]
样品预处理：uv紫外灯照射24h，光照强度为1.10mw/cm2。
[0105]
3、检测结果：
[0106]
实施例乙醛光催化去除量[mg/(h.m2)]乙醛去除率/％12.9710022.9810032.9810042.99100
[0107]
从表格2的数据中可以看出，采用实施例1～4制备得到的石墨烯@光触媒复合材料催化乙醛分解，可以加速乙醛分解，使其在24h内去除率为100％。
[0108]
综上所述，本发明的石墨烯@光触媒复合材料可以吸附病毒，石墨烯@光触媒复合材料通过物理吸附病毒，之后采用石墨烯等物质促进有机物化学分解，还配合使用纳米银损伤病毒细菌dn等方法，提高杀菌率，使得杀灭病毒有效率达到99.99％。同时纳米银又作为催化剂更好地提高了催化效果，提高催化效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0109]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。