本發(fā)明涉及空氣過濾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及石墨烯材料涂層及其制備方法，還涉及基于石墨烯材料涂層的空氣過濾裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

伴隨著人類工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，人類對自然的影響日益顯著，大氣污染物也逐漸增多。大氣污染物往往可以分為兩類：氣溶膠類大氣污染物與氣體大氣污染物。其中，氣溶膠類大氣污染物的化學(xué)組成，往往包括各種鹽類(陽離子：銨根、鉀、鈉、鎂、鈣等；陰離子：硫酸根、硝酸根、氯離子、有機(jī)酸根等)，金屬顆粒，沙塵，無機(jī)碳顆粒(如黑碳，高分子碳顆粒等)，各類有機(jī)物(VOCs小液滴，PAHs，花粉，高分子顆粒等)，硫酸蒸汽等等；而氣體大氣污染物則包括了氮氧化物、硫氧化物、一氧化碳、低級烷烴等VOCs、鹵化氫、硫化氫、氨、有機(jī)胺等。

當(dāng)前,常見的過濾空氣技術(shù)有兩種方式:一種是HEPA高效過濾網(wǎng)(由PP等高分子材料制成，或玻璃纖維等無機(jī)材料制成)，對空氣中污染物顆粒的高效去除率,這種濾網(wǎng)能夠有效地將尺寸在0.3微米以上的顆粒進(jìn)行去除，去除率能達(dá)到99.7％。另一種是采用活性炭夾層布或者活性炭涂層布的方式，空氣中的雜質(zhì)氣體被吸附在活性炭層上，從而實現(xiàn)對氣體污染物的去除。

然而,上述兩種常見的過濾空氣技術(shù)中仍然存在著缺陷上述幾種氣體過濾材料都不能實現(xiàn)不可逆的吸附特性，往往會帶來二次污染，失去效用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種石墨烯材料涂層及其制備方法，還提供一種基于石墨烯材料涂層的空氣過濾裝置及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種石墨烯材料涂層，其中所述的石墨烯材料為石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以為單層石墨烯、寡層石墨烯或多層石墨烯中的一種或幾種(寡層石墨烯為一層以上，三層以下的石墨烯，多層石墨烯為三層以上，十層以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯包括氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羥基化石墨烯、巰基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一種或幾種。

本發(fā)明提供的石墨烯材料涂層，是基于石墨烯材料具有優(yōu)異的表面化學(xué)特性，對自由基的親和性，對含有苯環(huán)的化合物能夠起到π-π吸附的作用等。最關(guān)鍵的是，石墨烯材料自身對于多環(huán)芳烴類化合物具有顯著的吸附能力，并且吸附的非常緊密，在各類溶劑溶解下都不會被洗出。本發(fā)明通過遴選合適的溶劑，使其與粘結(jié)劑共混后能夠均勻的包覆在助濾層材料表面形成濾膜，從而使助濾層表面形成均勻穩(wěn)定的濾膜，在使氣體能夠穩(wěn)定流通的同時，能夠?qū)⒋髿庵械挠泻Τ煞?如，PAHs，PM2.5，PM10，氮氧化物，硫氧化物，臭氧，其他揮發(fā)/半揮發(fā)性有機(jī)物等)阻隔和吸附在石墨烯材料形成的涂層中，使濾過后的空氣能夠安全的呼吸。通過官能化的方式在石墨烯上引入不同官能團(tuán)，還能指向性更強(qiáng)的對一些其他的污染物進(jìn)行去除，如對重金屬、硫氧化物、氮氧化物、甲醛、二甲苯等污染物，可以通過不同官能團(tuán)的接枝使其吸附不發(fā)生解離，從而提高去除率，避免了二次污染。

本發(fā)明還提供一種石墨烯材料涂層制備方法，其包括以下步驟：

S1)、配置漿料分散原液：溶劑中加入分散劑與粘結(jié)劑，將攪拌生成漿料分散原液。

S2)、形成石墨烯材料涂層：將石墨烯材料加入上述漿料分散原液中，經(jīng)過攪拌勻漿后涂布在載體表面，干燥后即得石墨烯材料涂層成品。

其中，步驟S1)中：

所述溶劑包括水、去離子水、超純水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、乙醇、正戊烷、醋酸乙酯、丁酮、庚烷、苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、醋酸異丁酯、醋酸正丁酯、間二甲苯、正丁醇、2-庚酮、正己烷、乙二醇二甲醚、石油醚、乙二醇二乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和異丙醇中的一種或幾種；

優(yōu)選的，所述的溶劑為去離子水、乙醇、醋酸乙酯、丁酮、石油醚、碳酸二乙酯和正己烷中的一種或幾種；

優(yōu)選的,所述的溶劑是經(jīng)過純化處理的；

優(yōu)選的，所述純化處理包括有機(jī)溶劑純化和水性溶劑純化；其中,所述有機(jī)溶劑純化方式包括重蒸、去水和干燥中的一種或幾種；所述水性溶劑的純化方式包括重蒸、去離子和反滲透中的一種或幾種。

所述的分散劑包括聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、膽酸鈉、四甲基碳酸氫銨、四乙基碳酸氫銨、四丁基碳酸氫銨、十二烷基四甲基碳酸胍、十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸鈉中的一種或幾種；

優(yōu)選的，所述分散劑為聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉和四丁基碳酸氫銨中的一種或幾種。

所述的粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡膠乳液、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸鈉、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、海藻酸鈉、果膠酸鈉、鹿角酸鈉、羧甲基纖維素鈉、糊精、麥芽糊精、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯和有機(jī)聚硅氧烷中的一種或幾種；

優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為聚醋酸乙烯酯乳液、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉、糊精和環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。

所述漿料分散原液中分散劑的質(zhì)量體積比為0.1-5％；

所述漿料分散原液中粘結(jié)劑的質(zhì)量體積比為5-40％。

其中步驟S2)中：

所述石墨烯材料為石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以為單層石墨烯、寡層石墨烯或多層石墨烯中的一種或幾種(寡層石墨烯為一層以上，三層以下的石墨烯，多層石墨烯為三層以上，十層以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯為氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羥基化石墨烯、巰基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一種或幾種；

優(yōu)選的，所述石墨烯材料涂層成品的涂層厚度為3-200um。

本發(fā)明另外提供一種空氣過濾裝置，所述空氣過濾裝置包括前述石墨烯材料涂層的過濾層。

優(yōu)選的，所述空氣過濾裝置還包括支撐層；所述支撐層位于所述過濾層的兩側(cè)。

優(yōu)選的，所述支撐層的組成材料包括聚丙烯類針刺/水刺無紡布、丙綸短纖濾布、丙綸長纖濾布、聚對苯二甲酸酯類針刺/水刺無紡布、滌綸長纖濾布、滌綸短纖濾布、純棉針刺/水刺無紡布、純棉長纖濾布、純棉短纖濾布、聚丙烯濾紙、玻璃纖維、纖維素濾紙、復(fù)合聚丙烯-聚對苯二甲酸酯濾紙、熔噴滌綸無紡布、熔噴玻璃纖維、微孔陶瓷濾板、微孔聚丙烯濾板、醋酸纖維素絲束濾芯、聚丙烯絲束濾芯和棉花濾芯中的一種或幾種。

優(yōu)選的，所述空氣過濾裝置還包括外包層；所述外包層位于支撐層的外側(cè)。

優(yōu)選的，所述空氣過濾裝置外包層的組成材料包括純棉紗布、純棉縐布、純棉長纖濾布、純棉短纖濾布、丙綸長纖濾布、丙綸短纖濾布、聚丙烯框架和聚乙烯框架中的一種或幾種。

本發(fā)明還提供一種空氣過濾系統(tǒng)，所述空氣過濾系統(tǒng)包括前述的空氣過濾裝置。

本發(fā)明所提供的空氣過濾裝置和空氣過濾系統(tǒng)中均設(shè)有前述石墨烯材料涂層，因此所述空氣過濾裝置和空氣過濾系統(tǒng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果，此處不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明空氣過濾裝置剖面結(jié)構(gòu)簡圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、過濾層；2、支撐層/助濾層；3、外包層

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種石墨烯材料涂層及其制備方法，還涉及基于石墨烯材料涂層的空氣過濾裝置及系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。

由于目前常見的過濾空氣技術(shù)中仍然存在著缺陷。利用HEPA高效過濾網(wǎng)雖然能夠攔阻氣凝膠中的顆粒污染物，但是對于顆粒污染物上吸附的氣體雜質(zhì)釋放卻無能為力，在吸附了顆粒污染物后的HEPA高效過濾網(wǎng)往往會變成氣體污染的二次污染源。比如，PAHs等半揮發(fā)性有機(jī)物與VOCs的揮發(fā)性有機(jī)物一般大量吸附在顆粒污染物表面，當(dāng)顆粒污染物被攔截后，它們又能以揮發(fā)的方式從顆粒污染物上釋放，并隨新風(fēng)穿過HEPA過濾網(wǎng)。同樣，通過夾碳布或活性炭涂層布的方式實現(xiàn)空氣過濾的技術(shù)，由于過濾采用的是物理吸附的原理，因此吸附與解離存在平衡，在吸附了VOCs，PAHs以及其他的無機(jī)污染氣體后，活性炭涂層也一樣會變成二次污染源不斷釋放出上所吸附的氣體。因此，上述幾種氣體過濾材料都不能實現(xiàn)徹底的死吸附，往往會帶來二次污染，失去效用。比如，PAHs等半揮發(fā)性有機(jī)物與VOCs的揮發(fā)性有機(jī)物一般大量吸附在顆粒污染物表面，當(dāng)顆粒污染物被攔截后，它們又能以揮發(fā)的方式從顆粒污染物上釋放，并隨新風(fēng)穿過HEPA過濾網(wǎng)。同樣，通過夾碳布或活性炭涂層布的方式實現(xiàn)空氣過濾的技術(shù)，由于過濾采用的是物理吸附的原理，因此吸附與解離存在平衡，在吸附了VOCs，PAHs以及其他的無機(jī)污染氣體后，活性炭涂層也一樣會變成二次污染源不斷釋放出上所吸附的氣體。因此，上述幾種氣體過濾材料都不能實現(xiàn)徹底的死吸附，往往會帶來二次污染，失去效用。

本發(fā)明首先提供一種石墨烯材料涂層，上述石墨烯材料為石墨烯和/或官能化石墨烯；上述石墨烯可以為單層石墨烯、寡層石墨烯或多層石墨烯中的一種或幾種(寡層石墨烯為一層以上，三層以下的石墨烯，多層石墨烯為三層以上，十層以下的石墨烯)；官能化石墨烯為氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、磺酸化石墨烯、巰基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羥基化石墨烯、巰基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一種或幾種。

石墨烯材料作為一種二維材料，其具有極高的比表面積，因此吸附效果優(yōu)。對于石墨烯來說，石墨烯可以認(rèn)為是由sp2雜化碳原子組成的碳材料，其中，每個碳都提供一個Pz軌道和電子參與形成石墨烯表面的大π鍵。因此，整個石墨烯的表面可以被認(rèn)為是由大π鍵所覆蓋著的。同時，PAHs表面也具有大π鍵體系，這使PAHs與石墨烯相接觸時，兩個體系的π鍵會有所重疊，從而使石墨烯與PAHs間形成π-π相互作用，由于π-π相互作用力強(qiáng)，使得石墨烯對PAHs的吸附量大，吸附牢固。不同官能化石墨烯因為官能團(tuán)的不同，能夠與一些特定結(jié)構(gòu)的化學(xué)物種形成化學(xué)鍵(離子鍵、共價鍵或次級鍵)，從而使該類特定結(jié)構(gòu)的化學(xué)物種形成化學(xué)吸附。例如，石墨烯對PAHs具有極強(qiáng)的吸附能力；氧化石墨烯對甲醛的吸附能力較強(qiáng)；羧基化石墨烯為弱酸性基團(tuán)修飾的石墨烯，對堿性物質(zhì)(主要是含氮化合物，如氨，二氧化氮等)吸附能力較強(qiáng)；巰基化石墨烯對重金屬(如鉛、汞等)的吸附能力極強(qiáng)。由此，包括有上述石墨烯材料的石墨烯自支撐層和氣體過濾裝置，能夠同時對空氣中的PAHs、甲醛、堿性物質(zhì)以及重金屬都具有更好的吸附能力。因此，上述石墨烯材料對于大氣中的其他有害成分，如PM2.5、PM10、重金屬、氮氧化物、硫氧化物、臭氧、其他揮發(fā)/半揮發(fā)性有機(jī)物等等污染物，可以實現(xiàn)吸附不發(fā)生解離，從而提高去除率，避免了二次污染。

本發(fā)明還提供一種石墨烯材料涂層制備方法，其包括以下步驟：

S1)、配置漿料分散原液：溶劑中加入分散劑與粘結(jié)劑，將攪拌生成漿料分散原液。

上述的溶劑是經(jīng)過純化處理的有機(jī)溶劑和/或水性溶劑，其中上有機(jī)溶劑純化方式包括重蒸、去水和干燥中的一種或幾種；上述水性溶劑的純化方式包括重蒸、去離子和反滲透中的一種或幾種。上述溶劑優(yōu)選包括水、去離子水、超純水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、乙醇、正戊烷、醋酸乙酯、丁酮、庚烷、苯、甲苯、4-甲基-2-戊酮、醋酸異丁酯、醋酸正丁酯、間二甲苯、正丁醇、2-庚酮、正己烷、乙二醇二甲醚、石油醚、乙二醇二乙醚、三氯甲烷、四氯化碳、二氯甲烷、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和異丙醇中的一種或幾種。經(jīng)過純化處理的溶劑，可以更好的溶解分散劑和粘結(jié)劑。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，經(jīng)過純化的溶劑優(yōu)選采用包括去離子水、乙醇、醋酸乙酯、丁酮、石油醚、碳酸二乙酯和正己烷中的一種或幾種，對分散劑和粘結(jié)劑的溶解效果更好。

上述的分散劑優(yōu)選包括聚苯乙烯磺酸鈉、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、膽酸鈉、四甲基碳酸氫銨、四乙基碳酸氫銨、四丁基碳酸氫銨、十二烷基四甲基碳酸胍、十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸鈉中的一種或幾種；

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，分散劑優(yōu)選采用包括聚苯乙烯磺酸鈉、聚乙烯基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉和四丁基碳酸氫銨中的一種或幾種。

進(jìn)一步的，分散劑占上述漿料分散原液的質(zhì)量體積比為0.1-5％，其分散效果更好。

上述的粘結(jié)劑優(yōu)選包括聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡膠乳液、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液、聚丙烯酸鈉、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、海藻酸鈉、果膠酸鈉、鹿角酸鈉、羧甲基纖維素鈉、糊精、麥芽糊精、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯和有機(jī)聚硅氧烷中的一種或幾種；

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，粘結(jié)劑優(yōu)選采用包括聚醋酸乙烯酯乳液、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素鈉、糊精和環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。

進(jìn)一步的，粘結(jié)劑占上述分散原液的質(zhì)量體積比為5-40％，粘合效果更好。

更進(jìn)一步的，上述漿料分散原液在攪拌的轉(zhuǎn)速為30-200rpm，攪拌1-2h，并經(jīng)過真空脫泡處理后，生成的漿料分散漿液更加均勻，便于后繼操作。

S2)、形成石墨烯材料涂層：將石墨烯材料加入步驟S1所述的漿料分散原液中，經(jīng)過攪拌勻漿后涂布在載體表面，干燥后即得石墨烯材料涂層成品。

上述石墨烯材料優(yōu)選石墨烯和/或官能化石墨烯；所述石墨烯可以為單層石墨烯、寡層石墨烯或多層石墨烯中的一種或幾種(寡層石墨烯為一層以上，三層以下的石墨烯，多層石墨烯為三層以上，十層以下的石墨烯)；所述官能化石墨烯為氨基化石墨烯、羧基化石墨烯、氰基石墨烯、硝基石墨烯、硼酸基石墨烯、磷酸基石墨烯、羥基化石墨烯、巰基化石墨烯、甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯、三氟甲基化石墨烯、十二烷基化石墨烯、十八烷基化石墨烯、氧化石墨烯、氟化石墨烯、溴化石墨烯、氯化石墨烯和碘化石墨烯中的一種或幾種；

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，上述石墨烯材料通過一次或多次加入步驟S1)所述的漿料分散原液中，并在轉(zhuǎn)速為30-8000rpm，攪拌20min-8h，生成石墨烯材料勻漿。

進(jìn)一步的，上述攪拌的轉(zhuǎn)速在石墨烯材料加入時為30-200rpm，使得石墨烯材料與分散漿料原液充分混合；

更進(jìn)一步的，上述攪拌的轉(zhuǎn)速在石墨烯材料加入后為3000-8000rpm，攪拌時間為20-120min；或者攪拌的轉(zhuǎn)速在石墨烯材料加入后為200rpm，攪拌時間為6-8h。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，上述石墨烯材料勻漿通過噴涂、旋涂、刮涂或浸潤等方式均勻涂抹在支撐層；

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，將上述支撐層通過隧道烘干、熱風(fēng)干燥或真空干燥等方式烘干，恒重后即得石墨烯材料涂層成品。

進(jìn)一步的，上述烘干溫度為60-120℃，時間為2-8h。

進(jìn)一步的，上述石墨烯材料涂層成品的涂層厚度為3-200um，漿料濕模太厚將導(dǎo)致后期烘干過程中石墨烯材料的脫落，太薄又無法達(dá)到過濾空氣中污染物的最佳效果。

本發(fā)明還提供一種空氣過濾裝置，該空氣過濾裝置以石墨烯材料涂層作為過濾材料。具體而言，請參見圖1，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的空氣過濾裝置的結(jié)構(gòu)。在一個具體實施方式中，該空氣過濾裝置含有前述石墨烯材料涂層的過濾層、支撐層和外包層。其中，上述支撐層位于所述石墨烯材料涂層的兩側(cè)，可以起到助濾層的作用，是一類具有良好透氣性、過濾性與支撐性的材料所組成；上述外包層位于支撐層的外側(cè)，作為最外層包覆的結(jié)構(gòu)，起到使過濾層與支撐層穩(wěn)定成型的效果，外包層主要是以透氣性強(qiáng)且有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的材料。前述的石墨烯材料過濾層的支撐層，通過配合適當(dāng)?shù)耐獍鼘硬牧线M(jìn)行組裝、裁片、縫合、壓延等工藝，最終成型，形成基于石墨烯涂層的空氣過濾裝置。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，上述支撐層的組成材料優(yōu)選采用包括聚丙烯類針刺/水刺無紡布、丙綸短纖濾布、丙綸長纖濾布、聚對苯二甲酸酯類針刺/水刺無紡布、滌綸長纖濾布、滌綸短纖濾布、純棉針刺/水刺無紡布、純棉長纖濾布、純棉短纖濾布、聚丙烯濾紙、玻璃纖維、纖維素濾紙、復(fù)合聚丙烯-聚對苯二甲酸酯濾紙、熔噴滌綸無紡布、熔噴玻璃纖維、微孔陶瓷濾板、微孔聚丙烯濾板、醋酸纖維素絲束濾芯、聚丙烯絲束濾芯和棉花濾芯中的一種或幾種。

作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，上述空氣過濾裝置外包層的組成材料優(yōu)選采用包括純棉紗布、純棉縐布、純棉長纖濾布、純棉短纖濾布、丙綸長纖濾布、丙綸短纖濾布、聚丙烯框架和聚乙烯框架中的一種或幾種。

此外，本發(fā)明提供的空氣過濾裝置，在不同的應(yīng)用中，它可以以不同的形式表現(xiàn)，如，口罩、空氣過濾器的過濾層等。

在另一個具體的實施方式中，還提供了一種空氣過濾系統(tǒng)，包括前述的空氣過濾裝置。

由于圖1所對應(yīng)實施例中的空氣過濾裝置所具備的有益效果已經(jīng)有所記載，因此設(shè)有上述空氣過濾裝置的空氣過濾系統(tǒng)也具有相應(yīng)的技術(shù)效果，此處不再贅述。

下面結(jié)合實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明：

實施例1

去離子水中加入分別分散劑聚乙烯基吡咯烷酮與粘結(jié)劑聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液，配成分散劑質(zhì)量體積比為2％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為25％的分散液，在100rpm下攪拌2h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將單層石墨烯粉體分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在6000rpm下進(jìn)行高速剪切力分散30min，完成后通過刮涂的方式涂布在聚丙烯水刺無紡布的表面，送入真空干燥箱在80℃進(jìn)行干燥，干燥6h后恒重，形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為50um。以該層作為過濾層與支撐層/助濾層，純棉紗布作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例2

丁酮中分別加入分散劑聚苯乙烯磺酸鈉與十二烷基磺酸鈉的混合物，粘結(jié)劑聚乙二醇和聚丙烯酸鈉的混合物，配成分散劑質(zhì)量體積比為0.1％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為5％的分散液，在30rpm下攪拌1h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將羧基化石墨烯分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在3000rpm下進(jìn)行高速剪切力分散20min，完成后通過刮涂的方式涂布在聚對苯二甲酸酯類針刺/水刺無紡布的表面，送入熱風(fēng)干燥在60℃進(jìn)行干燥，干燥2h后形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為3um。以該層作為過濾層與支撐層，純棉紗布和純棉縐布的組合物作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例3

去離子水和乙醇混合溶劑中，分別加入分散劑四甲基碳酸氫銨和粘結(jié)劑環(huán)氧樹脂，配成分散劑質(zhì)量體積比5％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為40％的分散液，在200rpm下攪拌2h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將十二烷基化石墨烯分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在8000rpm下進(jìn)行高速剪切力分散120min，完成后通過刮涂的方式涂布在丙綸長纖濾布的表面，送入真空干燥箱在120℃進(jìn)行干燥，干燥8h后恒重，形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為200um。以該層作為過濾層與支撐層，純棉長纖濾布作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例4

醋酸乙酯和碳酸二甲酯的混合溶劑中分別加入分散劑十六烷基四甲基碳酸胍和十六烷基苯磺酸鈉的混合物，粘結(jié)劑聚乙烯醇和聚乙二醇的混合物，配成分散劑質(zhì)量體積比3％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為15％的分散液，在800rpm下攪拌1.5h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將巰基化石墨烯分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在在200rpm，攪拌時間為6h)完成后通過刮涂的方式涂布在聚丙烯濾紙、玻璃纖維和纖維素濾紙組成的載體的表面，送入真空干燥箱在80℃進(jìn)行干燥，干燥4h后恒重，形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為50um。以該層作為過濾層與支撐層，以純棉紗布、純棉縐布和純棉長纖濾布的組合物作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例5

水、乙醇和正丁醇的混合溶劑中分別加入分散劑十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉和木質(zhì)素磺酸鈉的混合物，與粘結(jié)劑海藻酸鈉、果膠酸鈉和鹿角酸鈉的混合物，配成分散劑質(zhì)量體積比4％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為30％的分散液，在100rpm下攪拌2h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將單層石墨烯和多層石墨烯混合物分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在200rpm，攪拌時間為8h，完成后通過刮涂的方式涂布在微孔陶瓷濾板、微孔聚丙烯濾板和醋酸纖維素絲束濾芯組成的載體表面，送入真空干燥箱在100℃進(jìn)行干燥，干燥6h后恒重，形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為200um。以該層作為過濾層與支撐層，丙綸長纖濾布和丙綸短纖濾布的組合物作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例6

碳酸乙烯酯中分別加入分散劑十二烷基苯磺酸鈉與粘結(jié)劑糊精，配成分散劑質(zhì)量體積比5％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為40％的分散液，在200rpm下攪拌2h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將氧化石墨烯分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在8000rpm下進(jìn)行高速剪切力分散60min，完成后通過刮涂的方式涂布在丙綸長纖濾布的表面，送入真空干燥箱在100℃進(jìn)行干燥，干燥7h后恒重，形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為150um。以該層作為過濾層與支撐層，純棉長纖濾布作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

實施例7

N-甲基吡咯烷酮、丁酮和2-庚酮混合溶劑中分別加入分散劑、十六烷基三甲基溴化銨、四甲基碳酸氫銨和四乙基碳酸氫銨的混合物，粘結(jié)劑聚醋酸乙烯酯乳液、丁苯橡膠乳液和聚丙烯酰胺-聚丙烯酸乳液的混合物，配成分散劑質(zhì)量體積比4.6％，粘結(jié)劑質(zhì)量體積比為36％的分散液，在170rpm下攪拌1.2h形成均勻乳液，再進(jìn)行真空脫泡，完成后，將甲基化石墨烯、烯丙基化石墨烯和三氟甲基化石墨烯混合物分批多次加入該分散液中。進(jìn)行勻漿，在5500rpm下進(jìn)行高速剪切力分散80min，完成后通過刮涂的方式涂布在聚丙烯類針刺/水刺無紡布、丙綸短纖濾布和丙綸長纖濾布組成的載體表面，，送入真空干燥箱在110℃進(jìn)行干燥，干燥5h后恒重,形成石墨烯材料涂層成品涂層厚度為180um。以該層作為過濾層與支撐層，純棉紗布、純棉縐布和純棉長纖濾布組合物作為外包層，封裝，裁片，縫合，壓延后成型，獲得基于石墨烯材料涂層的過濾裝置。完成后，取樣片，通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試。

對實施例1至7制備的石墨烯材料涂層空氣過濾裝置通過人造煙氣進(jìn)行顆粒物過濾測試與氣體過濾測試，測試結(jié)果列于下表：

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。