[發(fā)明專利]一種超彈性親水全碳?xì)饽z及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010421421.7 | 申請日： | 2020-05-18 |
| 公開（公告）號： | CN111591972B | 公開（公告）日： | 2022-12-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 萬怡灶;王捷;羅紅林;張全超;楊志偉;荀曉偉 | 申請（專利權(quán)）人： | 華東交通大學(xué) |
| 主分類號： | C01B32/05 | 分類號： | C01B32/05;C01B32/15;D01F9/14;B01J13/00;B82Y30/00;B82Y40/00 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201 | 代理人： | 李麗萍 |
| 地址： | 330000 江西省南昌市經(jīng)開區(qū)*** | 國省代碼： | 江西;36 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 彈性 親水全碳?xì)?/a> 凝膠 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種超彈性親水全碳?xì)饽z，該全碳?xì)饽z由細(xì)菌纖維素碳化所得的納米碳纖維和碳化菌體所組成，所述碳化菌體均勻地分布在所述納米碳纖維的基體中，且所述碳化菌體被所述納米碳纖維所纏繞；該全碳?xì)饽z的潤濕角為10?30°，并且具有更好的力學(xué)性能。其制備是：配制培養(yǎng)基，制備保留細(xì)菌菌體的細(xì)菌纖維素水凝膠，冷凍干燥得到由菌體與細(xì)菌纖維素組成的氣凝膠，碳化后得到碳化菌體與碳化細(xì)菌纖維素組成的全碳?xì)饽z。本發(fā)明的超彈性親水全碳?xì)饽z具有一般全碳材料(包括相應(yīng)的不含菌的碳化細(xì)菌纖維素氣凝膠)無法具備的親水性能和出眾的超彈性，因而可用作電池和超級電容的電極、油水分離膜和組織工程支架。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種全碳?xì)饽z產(chǎn)品，尤其涉及一種超彈性親水多孔碳材料。
背景技術(shù)
碳?xì)饽z是一種新型輕質(zhì)多孔的功能性材料。與傳統(tǒng)的無機(jī)氣凝膠(如硅氣凝膠)相比，碳?xì)饽z不僅具有獨特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而且具有極高的孔隙率、高的比表面積、低的密度、優(yōu)良的耐熱性、高的電導(dǎo)率和力學(xué)穩(wěn)定性，因而具有極其廣泛的用途，如用作氣體吸附劑、油水分離材料等。近些年來，因具有導(dǎo)電性能，碳?xì)饽z廣泛用于制備各種電池及超級電容器的電極材料，因其極高的孔隙率和比表面積，也成為很有前景的組織工程支架材料。然而，由于一般的碳?xì)饽z材料表面含氧官能團(tuán)極少，表現(xiàn)為疏水的特性。例如，由碳納米管、石墨烯等組成的氣凝膠就是典型的疏水性材料。在用作電極材料時，不利于電解質(zhì)的浸漬，致使電化學(xué)性能不佳；當(dāng)用于組織工程支架材料時，疏水性能使得細(xì)胞黏附性能不理想。因此，不需表面處理，直接通過碳化制備親水性碳?xì)饽z對于電極材料和組織工程支架材料的發(fā)展至關(guān)重要。不僅如此，循環(huán)往復(fù)的充放電，還要求碳?xì)饽z電極具有優(yōu)異的循環(huán)壓縮(超彈性)性能。盡管碳納米管、石墨烯等組成的氣凝膠具有較好的抗壓縮性能，此外，由細(xì)菌纖維素碳化得到的納米碳纖維氣凝膠也具有較好的循環(huán)壓縮性能。然而，現(xiàn)有的技術(shù)難以一步法(即無需進(jìn)行表面處理)制備同時具有超彈性與親水性能的碳?xì)饽z。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種新型的全碳?xì)饽z，提出了一種全新的一步法技術(shù)方案，即與常規(guī)制備途徑不同，在細(xì)菌纖維素的清洗過程中，不采用堿煮工藝，從而將菌體保留在細(xì)菌纖維素的基體之中，然后將其進(jìn)行常規(guī)的碳化。該制備過程簡單，不產(chǎn)生污染。所述氣凝膠由納米碳纖維及包裹于其中的碳化菌體所組成。正是由于其中的碳化菌體的存在，使其表現(xiàn)出意料之外的親水性能和優(yōu)于相應(yīng)的不含菌的碳化細(xì)菌纖維素氣凝膠的超彈性性能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種超彈性親水全碳?xì)饽z，該全碳?xì)饽z由細(xì)菌纖維素碳化所得的納米碳纖維和碳化菌體所組成，所述碳化菌體均勻地分布在所述納米碳纖維的基體中，且所述碳化菌體被所述納米碳纖維所纏繞；所述全碳?xì)饽z的潤濕角為10-30°。
本發(fā)明所述的超彈性親水全碳?xì)饽z的制備方法的具體步驟如下：
步驟一、采用常規(guī)方法配制培養(yǎng)基，并置入滅菌鍋高溫高壓滅菌30～60分鐘；
步驟二、制備細(xì)菌纖維素水凝膠：在無菌環(huán)境下，將菌種接種到培養(yǎng)基中；取已接種的培養(yǎng)基在30℃條件下靜態(tài)培養(yǎng)3～7天，得到細(xì)菌纖維素水凝膠；
步驟三、將該細(xì)菌纖維素水凝膠放入去離子水中浸泡，2～3次換水浸泡清洗至水溶液為無色，使得細(xì)菌菌體保留在細(xì)菌纖維素的基體中，得到細(xì)菌菌體與細(xì)菌纖維素組成的水凝膠，將上述的細(xì)菌菌體與細(xì)菌纖維素組成的水凝膠在叔丁醇中浸泡48小時后，在-40℃～-50℃冷凍干燥48小時，得到產(chǎn)菌體與細(xì)菌纖維素組成的氣凝膠材料；
步驟四、將步驟三得到的氣凝膠材料放入管式爐中，以30毫升/秒的速率通入氬氣10分鐘，排盡爐中的空氣后進(jìn)行碳化，碳化工藝條件為：以1℃/分鐘的升溫速率加熱到250～350℃保溫100分鐘，接著以2℃/分鐘的升溫速率加熱到450～550℃保溫100分鐘，再以5℃/分鐘的升溫速率加熱到600～900℃保溫140分鐘，最后以1℃/分鐘的降溫速率降溫到250～350℃后隨爐冷卻至室溫，得到碳化菌體與碳化細(xì)菌纖維素組成的全碳?xì)饽z。
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