多孔材料的制备及其高效定向收集PM2.5的性能研究与应用

In order to solve the serious haze in china and purify the PM2.5 inside from the vacuum cleaners emissions, we utilize the huge surface area and good absorbability of Hierarchical porous 3D graphene, the directly collection property of the anti patterns of paper mulberry leaf. In this proposal, a kind of membrane material is to be produced by three steps: preparing 3D porous multi-sized graphene, then being functionalized by spiropyran for increasing its photoresponse, finally using a biomimetic method. The synthetic membrane material has excellent properties: efficient, no external force, directional collecting PM2.5. Through exploring the amount of template sodium chloride and its different crystalline state of the de-oxygenation reaction of graphite oxide, the influence laws are clarified for fabricating hierarchical porous 3D graphene. It illustrates that the effects of the graphene structures, the portion of the spiropyran on the surface of graphene, edge effect of membrane and curing temperature of membrane on the collecting dust property of the membrane material, which provides experimental basis and theoretical supporting for solving haze problem, and making membrane as window gauze to absorbing indoor PM2.5 efficiency, preventing outside dust coming into indoor and getting air well moving.

为了解决严重的雾霾问题及净化室内由真空吸尘器等设备排放的PM2.5等问题，利用三维多孔石墨烯的巨大的比表面积和优良的吸附性能，以及构树叶反模板的定向收集功能，本项目拟通过模板法制备分等级多孔三维石墨烯，并用螺吡喃将其功能化提高其光响应性能，然后利用仿生法制备具有应用前景的高效、无需外在动力、定向收集PM2.5的膜材料。本项目系统的研究模板氯化钠的加入量及其不同结晶状态对三维石墨烯结构的影响规律，阐明石墨烯多孔结构、螺吡喃在石墨烯表面所占比率、膜材料边缘效应以及膜的固化温度与膜材料的吸尘性能的关系，为膜材料作为窗纱高效吸收室内PM2.5，阻挡外界灰尘进入并且保证空气流通顺畅，为解决雾霾问题提供理论支持和实验基础。

为了解决严重的雾霾问题及净化室内由真空吸尘器等设备排放的PM2.5等问题，该项目拟开发高效、无需外动力、定向收集灰尘包括PM2.5的光响应型石墨烯膜材料。该项目利用简单的软模板法，探究模板氯化钠的加入量及其不同结晶状态对材料结构的影响，高效制备出了分等级多孔结构可控的三维石墨烯，并获得相关的技术参数，为后期的工业应用奠定基础；并探究了光响应螺吡喃对PDMS膜的形貌的影响，通过简单的物理掺杂将0.25 %的螺吡喃掺杂到PDMS膜中，通过SEM表征，螺吡喃-PDMS膜在膜与基底的分离的作用力下，使得膜表面发生组装，使得表面出现了许多孔洞结构，并且随着紫外光照，这些孔洞还能持续增大。增加膜的表面积也将会进一步提高对空气中粉尘的吸收能力。.然后利用π-堆积作用将光响应分子螺吡喃吸附到多孔石墨烯表面，得到石墨烯-螺吡喃复合物。然后利用仿生法，以构树叶为模板，将定量的石墨烯-螺吡喃与PDMS复合，最终合成具有优异的性能，可高效的收集灰尘的膜材料，并且研究其应用到一些吸尘器件时的收集PM2.5的性能及与传统吸尘器件相比所具有的优越性，及其反复利用性能。所制备的这种材料表面的大孔洞对室内空气中的灰尘可以定向收集，并可以阻挡外界的灰尘进入室内，膜材料的小孔结构可保证窗纱的透气性。而经过紫外光照后，表面变为双电荷，可高效收集室内空气中飘荡的PM2.5和其他灰尘，提供一个干净安全的室内环境，并且此种膜材料绿色环保、安全系数高、并且可以反复使用。