一种超弹性亲水全碳气凝胶及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111591972A(43)申请公布日2020.08.28(21)申请号202010421421.7B01J13/00(2006.01)(22)申请日2020.05.18B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)(71)申请人华东交通大学地址330000江西省南昌市经开区双港东大街808号华东交通大学先进材料研究院(72)发明人罗红林王捷万怡灶张全超杨志伟荀晓伟(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人李丽萍(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)C01B32/15(2017.01)D01F9/14(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种超弹性亲水全碳气凝胶及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种超弹性亲水全碳气凝胶，该全碳气凝胶由细菌纤维素碳化所得的纳米碳纤维和碳化菌体所组成，所述碳化菌体均匀地分布在所述纳米碳纤维的基体中，且所述碳化菌体被所述纳米碳纤维所缠绕；该全碳气凝胶的润湿角为10-30°，并且具有更好的力学性能。其制备是：配制培养基，制备保留细菌菌体的细菌纤维素水凝胶，冷冻干燥得到由菌体与细菌纤维素组成的气凝胶，碳化后得到碳化菌体与碳化细菌纤维素组成的全碳气凝胶。本发明的超弹性亲水全碳气凝胶具有一般全碳材料(包括相应的不含菌的碳化细菌纤维素气凝胶)无法具备的亲水性能和出众的超弹性，因而可用作电池和超级电容的电极、油水分离膜和组织工程支架。CN111591972ACN111591972A权利要求书1/1页1.一种超弹性亲水全碳气凝胶，其特征在于，该全碳气凝胶由细菌纤维素碳化所得的纳米碳纤维和碳化菌体所组成，所述碳化菌体均匀地分布在所述纳米碳纤维的基体中，且所述碳化菌体被所述纳米碳纤维所缠绕；所述全碳气凝胶在70％应变下循环压缩100次后可完全恢复其形状，3％的应变下循环压缩10万次或者5％的应变下循环5万次，压缩应力减小幅度小于5％，所述全碳气凝胶的润湿角为10-30°。2.一种如权利要求1所述的超弹性亲水全碳气凝胶的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：步骤一、采用常规方法配制培养基，并置入灭菌锅高温高压灭菌30～60分钟；步骤二、制备细菌纤维素水凝胶：在无菌环境下，将菌种接种到培养基中；取已接种的培养基在30℃条件下静态培养3～7天，得到细菌纤维素水凝胶；步骤三、将该细菌纤维素水凝胶放入去离子水中浸泡，2～3次换水浸泡清洗至水溶液为无色，使得细菌菌体保留在细菌纤维素的基体中，得到细菌菌体与细菌纤维素组成的水凝胶，将上述的细菌菌体与细菌纤维素组成的水凝胶在叔丁醇中浸泡48小时后，在-40℃～-50℃冷冻干燥48小时，得到产菌体与细菌纤维素组成的气凝胶材料；步骤四、将步骤三得到的气凝胶材料放入管式炉中，以30毫升/秒的速率通入氩气10分钟，排尽炉中的空气后进行碳化，碳化工艺条件为：以1℃/分钟的升温速率加热到250～350℃保温100分钟，接着以2℃/分钟的升温速率加热到450～550℃保温100分钟，再以5℃/分钟的升温速率加热到600～900℃保温140分钟，最后以1℃/分钟的降温速率降温到250～350℃后随炉冷却至室温，得到碳化菌体与碳化细菌纤维素组成的全碳气凝胶。3.根据权利要求2所述的超弹性亲水全碳气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的菌种选自于醋酸菌属、土壤杆菌属、假单胞杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、气杆菌属、固氮菌属、根瘤菌属和八叠球菌属中的任何一种。2CN111591972A说明书1/3页一种超弹性亲水全碳气凝胶及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种全碳气凝胶产品，尤其涉及一种超弹性亲水多孔碳材料。背景技术[0002]碳气凝胶是一种新型轻质多孔的功能性材料。与传统的无机气凝胶(如硅气凝胶)相比，碳气凝胶不仅具有独特的三维网状结构，而且具有极高的孔隙率、高的比表面积、低的密度、优良的耐热性、高的电导率和力学稳定性，因而具有极其广泛的用途，如用作气体吸附剂、油水分离材料等。近些年来，因具有导电性能，碳气凝胶广泛用于制备各种电池及超级电容器的电极材料，因其极高的孔隙率和比表面积，也成为很有前景的组织工程支架材料。然而，由于一般的碳气凝胶材料表面含氧官能团极少，表现为疏水的特性。例如，由碳纳米管、石墨烯等组成的气凝胶就是典型的疏水性材料。在用作电极材料时，不利于电解质的浸渍，致使电化学性能不佳；当用于组织工程支架材料时，疏水性能使得细胞黏附性能不理想。因此，不需表面处理，直接通过碳化制备亲水性碳气凝胶对于电极材料和组织工程支架材料的发展至关重要。不仅如此，循环往复的充放电，还要求碳气凝胶电极具有优异的循环压缩(超弹性)性能。