阅读说明：本技术 一种车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯及其制备方法 (Degerming antibacterial graphene filter element for vehicle-mounted air conditioner and preparation method thereof ) 是由 李磊 刘同浩 路广 任晓弟 韩卫 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯,属于空气过滤领域,其特征在于,包括支撑座、固定层及多个套管组件,支撑座包括第一支座和第二支座,多个套管组件均匀设置在第一支座和第二支座之间,套管组件两端分别与第一支座和第二支座相连接,固定层连接在第一支座和第二支座之间；套管组件包括第一过滤套管,由依次设置的第一无纺布层、活性炭滤层、第一无纺布层组成,活性炭层夹设在两层第一无纺布层之间,第二过滤套管,套设在第一过滤管外部,由依次设置的第二无纺布层、石墨烯银纳米颗粒滤层、第二无纺布层组成,石墨烯银纳米颗粒滤层夹设在两层第二无纺布层之间；旨在解决车载空调滤芯滤芯寿命较短、需更换频繁、更换操作不便等问题。(The invention relates to a degerming antibacterial graphene filter element for a vehicle-mounted air conditioner, which belongs to the field of air filtration and is characterized by comprising a supporting seat, a fixing layer and a plurality of sleeve pipe assemblies, wherein the supporting seat comprises a first support and a second support; the sleeve assembly comprises a first filtering sleeve, a second filtering sleeve and a third filtering sleeve, wherein the first filtering sleeve is composed of a first non-woven fabric layer, an activated carbon filtering layer and a first non-woven fabric layer which are sequentially arranged, the activated carbon layer is clamped between the two first non-woven fabric layers, the second filtering sleeve is sleeved outside the first filtering pipe and is composed of a second non-woven fabric layer, a graphene silver nanoparticle filtering layer and a second non-woven fabric layer which are sequentially arranged, and the graphene silver nanoparticle filtering layer is clamped between the two second non-woven fabric layers; aims to solve the problems that the filter element of the vehicle-mounted air conditioner filter has short service life, needs to be replaced frequently, is inconvenient to replace and operate and the like.)

一种车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及空气过滤领域，具体涉及一种车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯及其制备方法。

背景技术

现有汽车空调滤芯有普通型空调滤芯和活性炭系列空调滤芯。其目的就是过滤从外界进入车厢内部空气中所包含的杂质，例如微小颗粒物、花粉、工业废气和灰尘等，使空气的洁净度提高。防止这类物质进入空调系统破坏空调系统，给车内乘用人员良好的空气环境，保护车内人员的身体健康。但是，通过实际使用发现，以上两类空调滤芯只能过滤掉空气中的微小颗粒物、花粉、灰尘等有害物质，并不能对空气中含有的细菌、病毒进行很好的隔离去除，也不能抑制滤芯长期使用过程中细菌、病毒的滋生，对车内人员健康产生重大危害。普通滤芯和活性炭滤芯结构一般设计成波浪形增加过滤面积，对空气只进行一次过滤后便进入车内，对空气的过滤效果并不是很好；而且现有技术的该种车载空调滤芯存在滤芯寿命较短、需更换频繁、更换操作不便等一系列问题。现有技术中尚未有将套管结构应用于车载空调滤芯的记载。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种过滤效果更佳的车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯，其特征在于，包括支撑座、固定层及多个套管组件，所述支撑座包括第一支座和第二支座，多个套管组件均匀设置在第一支座和第二支座之间，套管组件两端分别与第一支座和第二支座相连接，所述固定层连接在第一支座和第二支座之间，固定层包覆在多个套管组件的外侧；

所述套管组件包括

第一过滤套管，由依次设置的第一无纺布层、活性炭滤层、第一无纺布层组成，活性炭层夹设在两层第一无纺布层之间，

第二过滤套管，套设在第一过滤管外部，其内壁与第一过滤管外壁之间留有预设距离，由依次设置的第二无纺布层、石墨烯银纳米颗粒滤层、第二无纺布层组成，石墨烯银纳米颗粒滤层夹设在两层第二无纺布层之间；

所述第一支座的外端作为进风端，第一过滤套管的芯部作为进风风道与进风端相连通，第二支座的外端作为出风端，相邻第二过滤套管之间形成的空隙作为出风风道与出风端相连通。

进一步的，所述第一支座和第二支座的内端设置有用于固定套管组件的卡座，套管组件通过卡设在卡座上，进而与第一支座和第二支座相连接。

或者采用另一种连接方式，即第一过滤套管贯穿第一支座与第一支座相连接，所述第二过滤套管的石墨烯银纳米颗粒滤层及内层的第二无纺布层的端部呈封闭式固定在第二支座上，第二过滤套管的外层的第二无纺布层贯穿第二支座与第二支座相连接。

进一步的，所述第一过滤套管和第二过滤套管的横截面均设置呈圆环状。

进一步的，所述固定层设置为单层或多层结构的无纺布层。

进一步的，相邻第二过滤套管的外端面相互贴合设置。

进一步的，所述第一支座上设置有与第一过滤套管相适配的密封圈，第二支座上设置有与第二过滤套管相适配的密封圈。

及一种如上所述的车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：

第一过滤套管的制备：将两层无纺布层卷绕制成圆筒状，在两层无纺布层中间填入活性炭；

第二过滤套管的制备：将石墨烯银纳米颗粒喷涂在无纺布表面，烘干后再覆盖一层无纺布，卷绕制成圆筒状；

将上述第一过滤套管嵌套入第二过滤套管中制成套管组件，连接到支撑座上，多个套管组件呈蜂窝状排列，最后用固定层将套管组件进行固定，制得滤芯。

进一步的，所述第二过滤套管的制备过程中，石墨烯银纳米颗粒的喷涂方法为：首先将粘结剂PVA、PET加入纯水中搅拌均匀，然后加入石墨烯/银纳米颗粒复合材料进行搅拌，搅拌均匀后喷涂在无纺布表面；

所述石墨烯/银纳米颗粒复合材料的制备方法包括如下工艺步骤：

a、Hummers法制备氧化石墨烯材料：搅拌下向浓硫酸中加入石墨粉和硝酸钠的固体混合物；再分次加入高锰酸钾，控制反应温度不超过4℃，搅拌反应一段时间；然后缓慢升温保持温度35-40℃，继续搅拌一段时间；再缓慢加入去离子水，温度不超过70℃；然后升温至85℃，搅拌反应一段后，加入适量去离子水和双氧水，双氧水可还原残留的未反应的KMnO₄，溶液变为亮黄色；趁热过滤，并用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根；最后将滤饼真空干燥，制得氧化石墨烯；

b、取步骤a制得的氧化石墨烯，加入去离子水，配制成浓度0.1-1%的氧化石墨烯溶液，超声分散，将浓度为0.1-3mg/mL的AgNO₃溶液加入到氧化石墨烯分散液中，避光搅拌使其混合均匀；然后在混合溶液中加入还原剂，搅拌反应30-180min，将反应液进行抽滤得到氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料滤饼，滤饼经真空干燥，制得氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末；

本步骤目的是使用化学还原法将Ag⁺还原，在氧化石墨烯表面原位附载银纳米颗粒，银纳米颗粒在氧化石墨烯表面结合牢固，可长期附载于氧化石墨烯表面，以此制备出氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料；

所述还原剂采用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、葡萄糖、抗坏血酸中的至少一种；

c、将步骤b中制得的氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末置于坩埚中，在马弗炉中缓慢加热至200℃，保温30-60min，然后升温至700℃保温30-60min，自然冷却至室温制得石墨烯/银纳米颗粒复合材料。旨在将氧化石墨烯进行还原，从而制得石墨烯/银纳米颗粒复合材料。

本发明的有益效果是：

1.该车载空调滤芯不同于传统的空调滤芯采用波浪形结构增大过滤面积，而是设计一种新型的圆柱形复合套管蜂窝状结构来增加空气的过滤面积；该空调滤芯套管的直径可根据实际需求增大或者减小，套管长度可增长或者缩短加工制造，从而制备符合车型的空调滤芯；使得相同的体积下，过滤网与空气的接触面积增加，则该空调滤芯提供了更大的过滤面积，过滤效率高；

2.在传统的车载空调滤芯的基础上增设了石墨烯银纳米颗粒滤层，该滤芯不但可以起到传统车载空调滤芯除尘、除花粉、微小颗粒物的作用，同时也可以对空气中的细菌、病毒有良好的隔离、去除效果，车外空气或者车内空气经过该滤芯过滤后，可有效降低空气中所含有的菌类，从而保证车内人员的人身安全；

3.通过设置的由第一过滤套管和第二过滤套管配合二者之间的连接关系以及空气流道的设置，能够在出风风道内形成附壁旋流的效果，大大加大了空气的流通速度，提高过滤效果，满足车载空调空气通量的要求；

4.所采用的石墨烯银纳米颗粒滤层主体采用石墨烯/银纳米颗粒复合材料，石墨烯具有很大的比表面积，具有良好的吸附性，可对微观细小颗粒进行吸附，从而可提高对从车外进入车内空气的除尘效果，可有效降低PM2.5进入车内空气循环系统；负载在石墨烯表面的银纳米颗粒具有除菌、抗菌的功能，配合石墨烯的强吸附性，二者协同作用能够大大提高材料在过滤空气的同时杀菌抑菌的效果；同时，采用该种工艺方法制得的复合材料，纳米银颗粒与石墨烯的结合力较强，使得纳米银颗粒能够长期附载于石墨烯表面，具有长期抗菌功能，大大提高该滤芯的抑菌时效，延长其使用寿命；应用于车载空调滤芯，不仅能够达到良好的除菌、抗菌、降低微观细小颗粒的效果，对车内人员起到保护作用，还因其抑菌时效较长、减少滤芯更换次数；

5.石墨烯/银纳米颗粒复合材料过滤层可长期稳定存在，因为银纳米颗粒具有抑制细菌生长的作用，所以无论车载空调系统是否运行，该车载空调滤芯都可以抑制细菌滋生，保证空调滤芯处于无菌状态，确保车内环境始终处于一种安全可靠状态。

附图说明

图1是本发明一实施例空调滤芯的立体结构示意图；

图2是本发明一实施例空调滤芯的立体结构示意图

图3是本发明一实施例空调滤芯的截面结构示意图；

图4是本发明另一实施例空调滤芯的截面结构示意图；

图5是本发明一实施例套管组件的截面结构示意图；

图中：1.支撑座，11.第一支座，12.第二支座，2.套管组件，21.第一过滤套管，211.第一无纺布层，212.活性炭滤层，22.第二过滤套管，221.第二无纺布层，222.石墨烯银纳米颗粒滤层，3.固定层，4.进风端，5.出风端，6.进风风道，7.出风风道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一实施例的车载空调用除菌抗菌石墨烯滤芯，包括支撑座1、固定层3及多个套管组件2，所述支撑座1包括第一支座11和第二支座12，多个套管组件2均匀设置在第一支座11和第二支座12之间，套管组件2两端分别与第一支座11和第二支座12相连接，所述固定层3连接在第一支座11和第二支座12之间，固定层3包覆在多个套管组件2的外侧，本实施例的固定层3设置为无纺布层；所述套管组件2包括

第一过滤套管21，由依次设置的第一无纺布层211、活性炭滤层212、第一无纺布层211组成，活性炭滤层212夹设在两层第一无纺布层211之间，

第二过滤套管22，套设在第一过滤套管21外部，其内壁与第一过滤套管21外壁之间留有预设距离，由依次设置的第二无纺布层221、石墨烯银纳米颗粒滤层222、第二无纺布层221组成，石墨烯银纳米颗粒滤层222夹设在两层第二无纺布层221之间；

所述第一支座11的外端作为进风端4，第一过滤套管21的芯部作为进风风道6与进风端4相连通，第二支座12的外端作为出风端5，相邻第二过滤套管22之间形成的空隙作为出风风道7与出风端5相连通。

第一支座11和第二支座12可设置为截面的外形呈圆形或矩形，同时配以调整套管组件2的长度，以满足车载空调滤芯安装的要求。

本实施例中，所述第一支座11和第二支座12的内端设置有用于固定套管组件2的卡座。

本发明的另一实施例中，所述第一过滤套管21贯穿第一支座11与第一支座11相连接，所述第二过滤套管22的石墨烯银纳米颗粒滤层222及内层的第二无纺布层221的端部呈封闭式固定在第二支座12上，第二过滤套管22的外层的第二无纺布层221贯穿第二支座12与第二支座12相连接。

本实施例中，所述第一过滤套管21和第二过滤套管22的横截面均设置呈圆环状。

本实施例中，相邻第二过滤套管22的外端相互分离，即两两之间互不接触。

本发明的另一实施例中，相邻第二过滤套管22的外端面相互贴合设置。

本实施例中，所述第一支座11上设置有与第一过滤套管21相适配的密封圈，第二支座12上设置有与第二过滤套管22相适配的密封圈。

使用时，车外空气进入车内过程，空气首先经进风端4、进风风道6进入第一过滤套管21，然后进入第二过滤套管22进行过滤，最后空气通过出风风道7、出风端5进入车内空气循环系统进入汽车内部；此时固定层3可设为不透气层，整个过程空气依次通过第一无纺布层、活性碳滤层、第一无纺布层、第二无纺布层、石墨烯/银纳米线滤层、第二无纺布层，活性炭滤层主要用于过滤空气中的微小颗粒物、花粉、灰尘等有害物质，石墨烯/银纳米线滤层用于过滤更细小的粉尘颗粒，并且具有杀菌、抑制细菌滋生的作用。最重要的是，通过该种结构的套管组件配合空气流通的方向，能够在出风风道内形成附壁旋流的效果，大大加大了空气的流通速度，提高过滤效果，满足车载空调空气通量的要求。

上述滤芯的制备方法如下：

实施例1

制备石墨烯/银纳米颗粒复合材料：

a、冰水浴中，搅拌下向40mL浓硫酸中加入1g石墨粉和0.5g硝酸钠的固体混合物；再分次加入3g高锰酸钾，控制反应温度不超过4℃，搅拌反应60min；然后缓慢升温保持温度35℃左右，继续搅拌45min；再缓慢加入30mL去离子水，温度不超过70℃；然后升温至85℃，搅拌20min后，加入适量去离子水和双氧水，溶液变为亮黄色；趁热过滤，并用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止；最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯；

b、取步骤a制得的氧化石墨烯，加入去离子水，配制成浓度0.1%的氧化石墨烯溶液，超声分散1h（该工艺目的是使氧化石墨烯在超声的条件下充分分散，使团聚的氧化石墨烯颗粒充分分散），将浓度为0.1mg/mL的AgNO₃溶液加入到氧化石墨烯分散液中，避光搅拌1h使其混合均匀；然后在混合溶液中加入还原剂聚乙烯吡咯烷酮，搅拌反应30min，将反应液进行抽滤得到氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料滤饼，滤饼在60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末；

c、将步骤b中制得的氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末置于坩埚中，在马弗炉中缓慢加热至200℃，保温40min，然后升温至700℃保温40min，自然冷却至室温制得石墨烯/银纳米颗粒复合材料。

实施例2

制备石墨烯/银纳米颗粒复合材料：

a、冰水浴中，搅拌下向150mL浓硫酸中加入3 g石墨粉和3g硝酸钠的固体混合物；再分次加入9g高锰酸钾，控制反应温度不超过4℃，搅拌反应90min；然后缓慢升温保持温度40℃左右，继续搅拌60min；再缓慢加入30mL去离子水，温度不超过70℃；然后升温至85℃，搅拌20min后，加入适量去离子水和双氧水，溶液变为亮黄色；趁热过滤，并用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止；最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯；

b、取步骤a制得的氧化石墨烯，加入去离子水，配制成浓度1%的氧化石墨烯溶液，超声分散4h（该工艺目的是使氧化石墨烯在超声的条件下充分分散，使团聚的氧化石墨烯颗粒充分分散），将浓度为3mg/mL的AgNO₃溶液加入到氧化石墨烯分散液中，避光搅拌4h使其混合均匀；然后在混合溶液中加入还原剂葡萄糖，搅拌反应180min，将反应液进行抽滤得到氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料滤饼，滤饼在60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末；

c、将步骤b中制得的氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末置于坩埚中，在马弗炉中缓慢加热至200℃，保温60min，然后升温至700℃保温60min，自然冷却至室温制得石墨烯/银纳米颗粒复合材料。

实施例3

制备石墨烯/银纳米颗粒复合材料：

a、冰水浴中，搅拌下向100mL浓H₂SO₄中加入2 g石墨粉和1g硝酸钠的固体混合物；再分次加入6g高锰酸钾，控制反应温度不超过4℃，搅拌反应120min；然后缓慢升温到35℃左右，继续搅拌30min；再缓慢加入30mL去离子水，温度不超过70℃，然后升温至85℃，搅拌反应20min后，加入适量去离子水和双氧水，溶液变为亮黄色；趁热过滤，并用5%HCl溶液和去离子水洗涤直到滤液中无硫酸根被检测到为止。最后将滤饼置于60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯；

b、取步骤a制得的氧化石墨烯，加入去离子水，搅拌溶解，配制成浓度0.5%的氧化石墨烯溶液，超声分散3h；将浓度为1mg/mL的AgNO₃溶液加入到氧化石墨烯分散液中，避光搅拌2h使其混合均匀；然后在混合溶液中加入还原剂聚乙二醇，搅拌反应60min，将反应液进行抽滤得到氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料滤饼，滤饼在60℃的真空干燥箱中充分干燥，制得氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末。

c、将步骤b中制得的氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料粉末置于坩埚中，在马弗炉中缓慢加热至200℃，保温30min，然后升温至700℃保温30min，自然冷却至室温制得石墨烯/银纳米颗粒复合材料。

组装：

将两层无纺布层卷绕制成圆筒状，在两层无纺布层中间填入活性炭材料并封口，制成第一过滤套管；

将100g PVA、100gPET加入纯水中搅拌均匀，然后加入1Kg上述实施例制得的石墨烯/银纳米颗粒复合材料进行搅拌，搅拌均匀后喷涂在无纺布表面，烘干后再在石墨烯/银纳米线复合材料层表面覆盖一层无纺布，卷绕制成圆筒状，制成第二过滤套管；

将上述第一过滤套管嵌套入第二过滤套管中制成套管组件，将多个套管组件连接到支撑座上，多个套管组件呈蜂窝状排列，最后用固定层将套管组件进行固定，在滤芯两端分别加装密封圈，并对套管组件和密封圈连接处进行粘合密封，保证气密性，最终组装成蜂窝状的空调滤芯。