CN110606478A - 一种采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机新能源材料技术领域,尤其涉及采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料,一种采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,所述采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法包括以下步骤:步骤一:将未除溶剂的凝胶块体,浸泡于含有微生物群的培养液中,利用不断生长的微生物群做填充剂,浸泡1‑30天后取出凝胶块体;步骤二:将湿态的凝胶块体中的溶剂蒸发出来;步骤三:经过高温碳化去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。本发明提出一种利用微生物群做填充剂,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料。
Description
技术领域
本发明属于无机新能源材料技术领域,尤其涉及采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料。
背景技术
现有技术和缺陷:
由光合菌类、乳酸菌类、酵母菌类等三大菌群的多属多种微生物组成。通过发酵工艺将上述好氧及厌氧微生物混合培养,各微生物在其生长过程中产生有用物质及其分泌物,形成相互生长的基质和原料,通过相互共生、增殖关系形成一个结构稳定、功能广泛的具有多种多样微生物群落的生物菌群。可广泛应用于农业(种植)、畜牧(养殖)、水产、环保等领域。在日本,有益微生物菌群系列产品已应用至工业、建筑、汽车、医疗保健、美容及日常生活各个领域。所有这些功效,皆源于有益微生物菌群所具备的强大抗氧化能力。
溶胶是属于胶体化学的范畴,而胶体化学狭义上讲,是研究这些微小颗粒分散体系的科学,通常规定胶体颗粒直径为1-100nm。并把直径为1-100nm分散相离子在分散介质中分散,并且分散相粒子与分散介质之间有明显物理分界面的称之为胶体分散体系。而溶胶形成稳定的交联网络的时候通过加热等手段,使得溶胶中的溶剂分子大量蒸发的过程,形成最终的材料。由于溶剂分子的大量蒸发,进而使其体积急剧收缩,使得最终形成的凝胶材料很难为多孔的高比表面材料。
解决上述技术问题的难度和意义:
因此,基于这些问题,提出一种利用微生物群做填充剂,使溶胶在溶剂蒸发过程中,在胶体中微生物群起着保留孔道的作用,待凝胶结构收缩稳定后,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提出一种利用微生物群做填充剂,使溶胶在溶剂蒸发过程中,在胶体中微生物群起着保留孔道的作用,待凝胶结构收缩稳定后,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
一种采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,所述采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法包括以下步骤:
步骤一:将未除溶剂的凝胶块体,浸泡于含有微生物群的培养液中,利用不断生长的微生物群做填充剂,浸泡1-30天后取出凝胶块体;
步骤二:将湿态的凝胶块体中的溶剂蒸发出来;
步骤三:经过高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。
本发明具有工艺环保且可持续化,所得材料应用广泛,性能优良,产品质量稳定,比表面积均能在300m2g-1以上,且材料密度≥0.75kg L-1,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力的优点。
本发明还可以采用以下技术方案:
在上述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法中,进一步的,所述步骤一中的微生物群为光合菌类、乳酸菌类、酵母菌类菌群。
本发明利用微生物群可以在凝胶结构间隙内液体中繁殖的共性,因此对微生物群的种类要求并不严格,理论上任何种类微生物群。
在上述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法中,进一步的,所述步骤一中的未除溶剂的凝胶块体为碳凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚丙烯醇凝胶、聚氨酯凝胶或聚甲基丙烯酸酯凝胶。
凝胶为溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接,形成空间网状结构,结构空隙中充满了作为分散介质的液体,本申请利用凝胶的共性-结构空隙中充满了作为分散介质的液体,本发明对凝胶块体的种类要求并不严格,可以采取任意一种凝胶块体。
在上述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法中,进一步的,所述碳凝胶为石墨烯凝胶。
由于烧结过程中分解反应可能造成孔结构的崩塌,从而影响材料的比表面积及孔分布,而石墨烯材料基本不会发生分解反应,石墨烯凝胶的效果最优。
在上述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法中,进一步的,所述步骤二中采取光照、风干或加热方式将湿态的凝胶块体中的溶剂蒸发出来,所述凝胶块体蒸发前含水量为10wt.%-90wt.%,蒸发后含水量为1wt.%以下。
在上述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法中,进一步的,所述步骤三中的高温碳化过程为惰性气氛,碳化温度为700-1200℃。
一种多孔碳凝胶材料,所述多孔碳凝胶材料采用上述任一项所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法制备。
一种微生物群在制备多孔碳凝胶材料中的应用,所述微生物群在制备多孔碳凝胶材料中的应用采用上述任一项所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法。
综上所述,本发明具有以下优点和积极效果:
1、本发明应用广泛存在的微生物群,利用微生物群做填充剂,使含有微生物培养液的溶胶在溶剂蒸发过程中,在胶体中微生物群起着保留孔道的作用,待凝胶结构收缩稳定后,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
图1是本发明实施例一得到多孔石墨烯凝胶的吸脱附曲线图;
图2是本发明实施例二得到多孔碳凝胶的吸脱附曲线图;
图3是本发明实施例三得到多孔碳凝胶的吸脱附曲线图。
具体实施方式
本发明将未除溶剂化的凝胶块体,浸泡于微生物群的培养液中1-30天,利用不断生长的微生物群做填充剂,浸泡完毕后取出凝胶块体;利用光照、风干或加热方式将湿态凝胶中的水分蒸发出来;而后经过高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。
浸泡培养过程,其无能量消耗,即无加热、搅拌等耗能操作;浸泡时间为1-30天。蒸发方式中,使用的能量为太阳能和热能。
本专利应用广泛存在的微生物群,利用微生物群做填充剂,使含有微生物培养液的溶胶在溶剂蒸发过程中,在胶体中微生物群起着保留孔道的作用,待凝胶结构收缩稳定后,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
实施例1
将未除溶剂化的石墨烯凝胶块体,浸泡于酵母菌群培养液当中1天,浸泡培养完毕后取出凝胶块体,其中培养液可以重复使用;利用光能将湿态凝胶中的水分蒸发出来收集得到蒸馏水;而后经过惰性气氛的700℃高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料,所得材料比表面积约为400m2g-1以上,且材料密度为0.8kg L-1,是质量优质的多孔石墨烯凝胶,有利于材料的电化学性能发挥。
实施例2
将未除溶剂化的聚乙烯醇凝胶块体,浸泡于乳酸菌群培养液当中30天,浸泡培养完毕后取出凝胶块体,其中培养液可以重复使用;利用光能将湿态凝胶中的水分蒸发出来收集得到蒸馏水;而后经过惰性气氛的1200℃高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。所得材料比表面积约为350m2g-1以上,且材料密度为0.75kg L-1,是质量优质的多孔碳凝胶,有利于材料的电化学性能发挥。
实施例3
将未除溶剂化的聚甲基丙烯酸酯凝胶块体,浸泡于光合菌群培养液当中15天,浸泡培养完毕后取出凝胶块体,其中培养液可以重复使用;利用光能将湿态凝胶中的水分蒸发出来收集得到蒸馏水;而后经过惰性气氛的900℃高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。所得材料比表面积约为330m2g-1以上,且材料密度为0.75kg L-1,是质量优质的多孔碳凝胶,有利于材料的电化学性能发挥。
在实施例1-3中,我们列举三种菌群,菌群种类对结果无明显影响。
综上所述,本发明可提出一种利用微生物群做填充剂,使溶胶在溶剂蒸发过程中,在胶体中微生物群起着保留孔道的作用,待凝胶结构收缩稳定后,进行高温碳化处理,形成多孔碳凝胶材料,在储能、制造等领域有着极大的应用潜力的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法及多孔碳凝胶材料。
以上实施例对本发明进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法包括以下步骤:
步骤一:将未除溶剂的凝胶块体,浸泡于含有微生物群的培养液中,浸泡1-30天后取出凝胶块体;
步骤二:将湿态的凝胶块体中的溶剂蒸发出来;
步骤三:经过高温碳化烧结去除微生物群,得到多孔碳凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述步骤一中的微生物群为光合菌类、乳酸菌类、酵母菌类菌群。
3.根据权利要求1所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述步骤一中的未除溶剂的凝胶块体为碳凝胶、聚乙烯醇凝胶、聚丙烯醇凝胶、聚氨酯凝胶或聚甲基丙烯酸酯凝胶。
4.根据权利要求3所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述碳凝胶为石墨烯凝胶。
5.根据权利要求1所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述步骤二中采取光照、风干或加热方式将湿态的凝胶块体中的溶剂蒸发出来,所述凝胶块体蒸发前含水量为10wt.%-90wt.%,蒸发后含水量为1wt.%以下。
6.根据权利要求1所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法,其特征在于:所述步骤三中的高温碳化过程为惰性气氛,碳化温度为700-1200℃。
7.一种多孔碳凝胶材料,所述多孔碳凝胶材料采用权利要求1-6任一项所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法制备。
8.一种微生物群在制备多孔碳凝胶材料中的应用,所述微生物群在制备多孔碳凝胶材料中的应用采用权利要求1-6任一项所述的采用微生物群制备多孔碳凝胶材料的方法。
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CN107983108A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-05-04 | 常州思宇环保材料科技有限公司 | 一种烟气脱硫专用固硫剂的制备方法 |
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CN113562730A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-10-29 | 海南师范大学 | 一种高比表面积微孔革兰氏细菌炭材料的制备及在超级电容器中的应用 |
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