CN112661154B - 一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）以富含蛋白质的天然植物为原料加水制浆、加入凝固剂静置老化、加压脱水成型备用；（2）将成型的植物蛋白质凝胶冷冻、干燥得到蛋白质气凝胶；（3）将冷冻干燥后的气凝胶在活化药剂溶液中浸渍后，在惰性气氛下加热炭活化；（4）冲洗、烘干得到N掺杂碳气凝胶产品。以天然植物蛋白为原料，借鉴冻豆腐的制备工艺原位制备含有石墨烯的植物蛋白质碳气凝胶，工艺简单，产品比表面积可达1000‑3000m²/g，密度为0.01g/cm³‑0.05g/cm³，对于典型染料亚甲基蓝最大吸附能力超过500mg/g，吸附性能好，易于推广。

Description

一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳气凝胶材料的制备方法，尤其涉及一种含石墨烯的植物蛋白质基碳气凝胶材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是目前发现的世界上最薄、最坚硬并且导电导热性能最强的新型纳米材料，自2004年石墨烯以机械剥离的方式问世以来，成为了全球的研发热点，石墨烯也因此被誉为新材料之王。目前，石墨烯已被研发用于吸附、催化、生物医药和电化学等众多领域，发展潜力巨大。

碳气凝胶是一种新型的纳米级多孔性碳材料，在不破坏有机水凝胶结构的情况下，将凝胶结构中的液体由气体代替，经高温炭化得到。作为继无机气凝胶之后的第二大类气凝胶，碳气凝胶不仅具有无机气凝胶轻质多孔、低密度、高比表面积等性质，同时兼具碳材料耐酸碱、耐高温、可降解、能导电等优点，这使得碳气凝胶在保温、催化、吸附、光学、电学等领域具有良好的应用前景。

一般而言，通过将有机气凝胶前驱体在高温条件下进行热解处理，即可获得碳气凝胶。碳气凝胶的典型制备过程包括合成有机气凝胶、有机气凝胶的溶剂置换和干燥以及炭化。尽管碳气凝胶工艺发展日益成熟，然而其在技术以及应用方面仍存在很多挑战，如溶剂置换次数多、周期长，超临界干燥成本高，难以大范围工业化推广。此外，制备碳气凝胶的大部分传统原材料来源于石油工业，常见原材料主要有间苯二酚和甲醛、三聚氰胺和甲醛、酚醛树脂和糠醛、间苯二酚和N-羟甲基丙烯酰胺等，上述驱体物质大部分为毒性较大，因此无论在节能环保还是生物健康方面都存在风险。

生物质是世界上储碳量最丰富的绿色资源，价格低廉、环保，利用生物质资源作为前驱体制备碳材料，生产对人体和环境无害，可降解、价廉的生物质基碳气凝胶是倍受瞩目的研究方向。目前用于制备生物质基碳气凝胶的有机前驱体主要包括3大类：一是糖类，主要有纤维素、壳聚糖等；二是含酚类生物小分子，主要有木质素、单宁等；三是天然生物质如榴莲壳、香蕉皮、西瓜、棉花和乳清蛋白等。研究表明，生物质基碳气凝胶不但具有传统炭气凝胶密度低、比表面积大、孔隙率高、导电性好以及热导率低等优良的特性，同时具备原料来源丰富、可再生、环境友好等诸多潜在优势，具有广阔的应用前景，也引起了广泛关注，例如公开号102602944A的发明专利公开了一种以稻壳以原料制备无机气凝胶方法，公开号102417606A的发明专利公开了一种甲壳素气凝胶制备方法，公开号103205015A的发明专利公开了一种透明、柔性的纤维素气凝胶及其制备方法，公开号109665511A的发明专利公开了一种由植物纤维制备碳纳米纤维气凝胶的方法，等等。

冻豆腐(又称海绵豆腐)是中国北方传统美食，由新鲜豆腐冷冻而成，孔隙多、弹性好、蛋白质含量高、营养丰富。将农作物大豆转变为冻豆腐的主要过程包括原料浸泡、磨浆、过滤、凝固、压制成型、冷冻、干燥等工序，其主要原理主要是大豆蛋白在加热和凝固剂的作用下先后发生变性和凝结成胶，最终形成具有良好持水能力的多孔三维网络结构，即我们常见的豆腐，随后将豆腐冷冻，由于水结冰体积增大的物理作用而使得豆腐内部的孔隙结构进一步扩大，干燥后形成疏松多孔的海绵结构。这一简单过程不仅实现了天然植物蛋白向多孔材料的快速转变，而且主要环节如凝固、冷冻、干燥等工艺与气凝胶的生产工艺十分接近，无需溶剂置换亦无须超临界干燥，且不同的成胶凝固剂直接会影响豆腐的网络结构，因此冻豆腐也可以被认为是一种植物蛋白质气凝胶，只需要进行一定的炭化处理，就可以获得碳气凝胶产品，同时在炭化过程中，利用化学药品实现生物质碳源的催化石墨化，可以同步原位获得石墨烯结构。但利用上述工艺制备植物蛋白质碳气凝胶尚未见相关报道。公开号102512710A的发明专利提供了一种丝素蛋白多孔三维材料的制备方法，但该法所用原料为动物蚕丝蛋白，成本高、来源单一，其多孔材料形成凝胶前处理要求高、时间长，且冷冻干燥达不到气凝胶类材料富含介孔的标准。公开号104843668的发明专利公开了一种用生物蛋白制备掺氮的多孔炭材料的方法，该方法无溶胶凝胶过程形成三维网络结构，只是将生物蛋白与药剂简单混合并进行炭活化，产品呈粉状，属于类活性炭多孔材料的范畴。公开号104107681A的发明专利提供了一种三维石墨烯-蛋白质复合气凝胶的制备方法，该气凝胶依赖于蛋白质与石墨烯的复合，石墨烯主要来源于原料中的氧化石墨，并非源于蛋白质，制备过程也不涉及炭化工艺，不属于碳气凝胶的制备范畴。公开号105582864A的发明专利公开了一种植物蛋白气凝胶及其制备方法，该方法以植物蛋白粉为原料，成本高昂，其工艺首先需要利用碱提酸沉原理从蛋白粉中分离蛋白质，工艺复杂且参数要求严格，该过程通常需要对分离过程中碱液的用量及体系pH进行控制才能提升蛋白质的分离量，以便后续凝胶的顺利进行，其次该方法获得的气凝胶比表面积低、吸附能力弱，产品制备过程中需要长时间的溶剂置换，增加了气凝胶的制备成本和周期，同时，产品气凝胶没有炭化过程，其主要成分蛋白质在液相吸附过程中极易变质而引起结构破坏，且无法再生重复利用。公开号109433154A的发明专利公开了一种三维网状石墨烯气凝胶、其制备方法及其应用，虽然产品具有较好的强化结构，但首先其所用碳源为脂肪族醇类、明胶、丝素蛋白、琼脂等，与天然植物蛋白相比来源价格高，其次其工艺需要用多糖(海藻酸钠、羧甲基纤维素钠或甲壳素)辅助形成凝胶，成胶过程需要添加过渡金属盐且只能强化网络结构，并无活化造孔作用，产品比表面积低。公开号108940140B和109502581B的发明专利分别公开了一种制备石墨烯碳气凝胶复合材料的方法以及一种石墨烯基气凝胶的制备方法及其应用，所用得原料均为通过若干工艺获得的石墨烯成品，并非蛋白质气凝胶原位合成。又如文献《基于生物质豆腐的多孔炭的制备及其超电容与染料吸附性能研究》(杨甲甲，深圳大学，2018)，《Soy proteindirected hydrothermal synthesis ofporous carbon aerogels for electrocatalyticoxygen reduction》(Sara-MaariaAlatalo，2016，Carbon)等虽报道了利用豆腐制备多孔碳材料，但文献中均直接利用商品豆腐为原料，不涉及溶胶凝胶与冷冻干燥工艺控制，且产品均为粉状，与多孔活性炭类似，不属于碳气凝胶范畴。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，以天然植物蛋白为原料，借鉴冻豆腐的制备工艺原位制备含有石墨烯的植物蛋白质碳气凝胶，工艺简单，产品比表面积可达1000-3000m²/g，密度为0.01g/cm³-0.05g/cm³，对于典型染料亚甲基蓝最大吸附能力超过500mg/g，吸附性能好，易于推广。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，包括如下步骤：(1)以富含蛋白质的天然植物为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入干重量3-5倍的去离子水浸泡3-8小时后过滤；过滤后放入制浆设备中研磨2-4次以最大限度获得液体浆料；将得到的液体浆料倒入成型容器并加热，在浆料温度为80-95℃保温并将准备好的凝固剂溶液缓慢加入到热浆料中并静置老化20-120分钟，然后将得到的植物蛋白质凝胶加压脱水成型并取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的植物蛋白质凝胶完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于冷冻干燥机中于零点温度下冷冻干燥12-60小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)冷冻干燥后的气凝胶在活化药剂溶液中充分浸渍后，在惰性气氛下分段升温并最终加热至500-900℃充分炭活化后冷却至室温；

炭活化其实质包含炭化和活化，其中炭化的目的主要是形成初步的三维结构和炭化骨架，使得原料中的有机物，挥发组分等尽量挥发，留下纯净的碳骨架，然后提升温度活化，使得活化药剂与碳骨架充分反应，在骨架上造孔，以形成丰富的孔隙结构和石墨烯片层结构。

(4)将步骤(3)炭活化后的物料冲洗、烘干得到N掺杂碳气凝胶产品。

活化药剂溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、钾钠的碳酸盐或碳酸氢盐、氯化锌或氯化铁溶液中的一种或多种。

活化药剂溶液的用量为至少保证溶液可以完全浸渍干燥后的气凝胶，活化药剂中溶质用量为蛋白质气凝胶干重的10-400％，浸渍时间为2-12小时。

分段升温主要是以1-20℃/min的升温速率先预升温到300-400℃并维持0.5-4小时，再升温至最终温度炭活化1-2小时完成后续步骤。

步骤(3)中惰性气体为氮气或氩气。

富含蛋白质的天然植物包含大豆、花生和豌豆等。

凝固剂溶液为氯化铁、氯化锌、氯化镁、氯化钙、硫酸钙、醋酸钙、醋酸或柠檬酸中的一种或多种，凝固剂溶液中溶质的加入量为富含蛋白质的天然植物重量的2-5％，凝固剂溶液的浓度可以为20％。

加压脱水的方法是将蛋白质凝胶用纱布包裹在模具中加压脱水，每100g蛋白质凝胶的脱水压力为5-10g每平方厘米，脱水时间5-30min。

完全冷冻的方式包括将成型的植物蛋白质凝胶放入冷冻设备在零点温度下进行冷冻，冷冻时间6-24小时；或将成型的植物蛋白质凝胶放入液氮中瞬间冷冻1-5分钟。

本发明方法制备的植物蛋白质碳气凝胶具有如下特点：

(1)以纯植物蛋白制备气凝胶，原料来源广泛，绿色环保，价格低廉。

(2)借鉴冻豆腐的制备工艺，形成气凝胶所需条件低、工艺简单，无需溶剂置换，制备过程简便易行。

(3)在初始干凝胶阶段就可以通过改变凝固剂、脱水条件和冷冻方式实现孔隙度的控制，使得干凝胶获得一定的孔隙发育，为后续炭活化创造良好的条件。

(4)产品碳气凝胶成型性好，通过分段升温控制可以促进孔结构发育，获得丰富的介孔，同时高含氮量和发达的孔结构可以相互增益，此外通过对活化药剂进行改变，经过催化活化可以原位获得石墨烯结构，进一步增强材料的吸附性能。

本发明的有益效果在于：

本发明制备的植物蛋白质碳气凝胶密度为0.01g/cm³-0.05g/cm³，比表面积在1000-3000m²/g，对于典型染料亚甲基蓝最大吸附能力超过500mg/g，吸附性能优异。本发明以天然植物蛋白为原料，借鉴冻豆腐的制备工艺原位制备含有石墨烯的植物蛋白质碳气凝胶，工艺简单，产品比表面积可达1000-3000m²/g，吸附性能好，易于推广。

附图说明

图1为实施例3制备的碳气凝胶(左)和蛋白质气凝胶(右)；

图2为实施例3制备的碳气凝胶扫面电镜图；

图3为实施例3制备的碳气凝胶xps能谱图；

图4为实施例3制备的碳气凝胶的透射电镜图；

图5为实施例3制备的碳气凝胶的Raman谱图；

图6为实施例3制备的碳气凝胶孔径分布示意。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

(1)以新鲜大豆为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量3倍的去离子水浸泡3小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨2次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为80℃时将准备好氯化镁凝固剂溶液(氯化镁用量为干豆重量2％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化30分钟；将压制脱水成型(压力7g每平方厘米，时间20min)的大豆植物蛋白质凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的大豆蛋白质水凝胶于液氮中放置2分钟完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥18小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于KOH(KOH用量为蛋白质气凝胶质量的50％)溶液中浸泡4小时后，取出置于加热设备中在氮气气氛下以5℃/min升温至300℃并保温1小时，然后继续在相同升温速率下升温至850℃保温1小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到大豆基碳气凝胶产品。

实施例2

(1)以新鲜大豆为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量3倍的去离子水浸泡3小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨2次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为80℃时将准备好氯化钙凝固剂溶液(氯化钙用量为干豆重量2％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化30分钟；将压制脱水成型(压力8g每平方厘米，时间15min)的大豆植物蛋白质水凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的大豆蛋白质水凝胶于液氮中放置2分钟完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥18小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于NaOH(NaOH用量为蛋白质气凝胶质量的80％)溶液中浸泡4小时后，取出置于加热设备中在氮气气氛下以8℃/min升温至350℃并保温1.5小时，然后继续在相同升温速率下升温至850℃保温1.5小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到大豆基碳气凝胶产品。

实施例3

(1)以新鲜大豆为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量3倍的去离子水浸泡3小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨2次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为80℃时将准备好柠檬酸凝固剂溶液(柠檬酸用量为干豆重量2％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化30分钟；将压制脱水成型(压力9g每平方厘米，时间10min)的大豆植物蛋白质水凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的大豆蛋白质水凝胶于液氮中放置2分钟完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥18小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于FeCL₃和ZnCl₂(FeCl₃和ZnCl₂质量比1：1，总用量为蛋白质气凝胶质量的80％)溶液中浸泡4小时后加热设备中在氮气气氛下以10℃/min升温至400℃并保温2小时，然后继续在相同升温速率下升温至700℃并保温2小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到大豆基碳气凝胶产品。

实施例4

(1)以新鲜大豆为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量3倍的去离子水浸泡3小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨2次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为80℃时将准备好的醋酸和氯化镁凝固剂溶液(醋酸和氯化镁比例1：1，用量为干豆重量2％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化30分钟；将压制脱水成型(压力9g每平方厘米，时间10min)的大豆植物蛋白质水凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的大豆蛋白质水凝胶于液氮中放置2分钟完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥18小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于FeCl₃和K₂CO₃(FeCl₃和K₂CO₃质量比1：1，总用量为蛋白质气凝胶质量的60％)溶液中浸泡4小时后加热设备中在氮气气氛下以10℃/min升温至400℃并保温2小时，然后继续在相同升温速率下升温至700℃并保温2小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到大豆基碳气凝胶产品。

实施例5

(1)以新鲜花生为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量3.5倍的去离子水浸泡4小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨3次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为85℃时将准备的硫酸钙凝固剂溶液(硫酸钙用量为干豆重量2.5％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化60分钟；将压制脱水成型(压力5g每平方厘米，时间30min)的花生植物蛋白质水凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的花生蛋白质水凝胶于液氮中放置3分钟完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥30小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于碳酸钾(碳酸钾用量为蛋白质气凝胶质量的50％)溶液中浸泡5小时后，取出置于加热设备中在氮气气氛下以12℃/min升温至450℃并保温1.5小时，然后继续在相同升温速率下升温至900℃保温1小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到花生基N掺杂碳气凝胶产品。

实施例6

(1)以新鲜豌豆为原料，用水反复清洗除杂后置于容器内，放入大豆干重量4倍的去离子水浸泡5小时后过滤；过滤后的大豆放入豆浆机中研磨3次获得液体豆浆；将得到的豆浆倒入成型容器并加热，在豆浆温度为90℃时将准备的氯化锌凝固剂溶液(氯化锌用量为干豆重量3.5％)缓慢加入到热豆浆中并静置老化55分钟；将压制脱水成型(压力10g每平方厘米，时间10min)的豌豆植物蛋白质水凝胶取出待用。

(2)将步骤(1)中成型的花生蛋白质水凝胶于冷冻设备(如冰箱)中放置12小时完全冷冻，然后将冷冻凝胶置于真空度为1-50pa的冷冻干燥机中于-80℃冷冻干燥36小时得到蛋白质气凝胶。

(3)将步骤(2)中获得的蛋白质气凝胶直接放置于碳酸氢钠(碳酸氢钠用量为蛋白质气凝胶质量的50％)溶液中浸泡4.5小时后，取出置于加热设备中在氮气气氛下以15℃/min升温至450℃并保温1.5小时，然后继续在相同升温速率下升温至900℃保温1.5小时后冷却至室温。

(4)将步骤(3)炭活化后获得的物料冲洗、烘干后得到豌豆基碳气凝胶产品。

实施例1-6所制备的气凝胶和碳气凝胶的参数见下表1。

表1

从表1可以得出，1)根据实际用凝固剂种类不同，同样以大豆为原料的气凝胶产品比表面积相差较多，这是由于不同种类的凝固剂对蛋白质发生变性、凝固进而凝胶的作用不同，产生的蛋白质凝胶的颗粒大小和网络结构也不同，低直径金属离子的存在有利于形成小尺寸蛋白质凝胶孔洞，形成的孔隙更均匀，比表面积更大；2)同时，在压力脱水成型阶段，凝胶内水分含量的多少也会对凝胶的三维结构产生影响，水分过少，后续的冷冻工艺产生的冰晶就少，不利于干凝胶孔隙度的增加，而水分过大，又会导致干凝胶网络结构脆弱易粉化；3)此外，利用液氮快速冷冻也可以使湿凝胶中的水分快速结冰，冰晶形核更快，晶核更小，这也有利于获得较为发达的孔隙结构，因此，可以通过选用不同种类的凝固剂、压力脱水参数和冷冻方法对气凝胶的孔结构进行控制调节，获得更加发达的网络结构和更大的比表面积，这也有利于后续的造孔并形成石墨烯结构，获得比表面积更大的碳气凝胶。最后，通过对气凝胶进行炭活化，利用分段升温强化碳骨架，利用活化剂增大孔隙度，其中过渡金属的加入有利于降低反应温度，促进石墨化结构形成，而其他活化剂主要起到造孔作用，因此产品碳气凝胶的比表面积与气凝胶相比有了数量级的变化，对于亚甲基蓝的吸附量超过300mg/g，最大可以接近500mg/g，已经超过一般市售活性炭对亚甲基蓝的吸附能力，在吸附分离和环保等方面具有良好的应用前景。

Claims (6)

1.一种含石墨烯的高吸附性植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）以富含蛋白质的天然植物为原料加水制液体浆料，将液体浆料加热后加入凝固剂，静置老化得到植物蛋白质凝胶，将所述凝胶加压脱水成型备用，其中凝固剂溶液为氯化镁、氯化钙中的一种，所述凝固剂溶液中溶质的加入量为富含蛋白质的天然植物重量的2-5%；

（2）将成型的植物蛋白质凝胶完全冷冻，将冷冻后的植物蛋白质凝胶冷冻干燥得到蛋白质气凝胶；

（3）将步骤（2）冷冻干燥后的气凝胶在活化药剂溶液中充分浸渍，在惰性气氛下分段升温并最终加热至500-900℃充分炭活化后冷却至室温，分段升温是以1-20℃/min的升温速率先预升温到300-400℃并维持0.5-4小时，再升温至最终温度炭活化1-2小时；其中，活化药剂溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、钾钠的碳酸盐或碳酸氢盐、氯化锌或氯化铁溶液中的一种或多种；

炭活化过程包含炭化和活化，其中炭化的目的主要是形成初步的三维结构和炭化骨架，使得原料中的有机物，挥发组分等尽量挥发，留下纯净的碳骨架，然后提升温度活化，使得活化药剂与碳骨架充分反应，在骨架上造孔，以形成丰富的孔隙结构和石墨烯片层结构；

（4）将步骤（3）炭活化后的物料冲洗、烘干得到N掺杂碳气凝胶，N掺杂碳气凝胶密度为0.01g/cm³-0.05g/cm³，比表面积在1000-3000m²/g，对于典型染料亚甲基蓝最大吸附能力超过500mg/g。

2.根据权利要求1所述的植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于：活化药剂溶液的用量为至少保证溶液完全浸渍干燥后的气凝胶，活化药剂溶液中溶质用量为蛋白质气凝胶干重的10-400%，浸渍时间为2-12小时。

3.根据权利要求1所述的植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（3）中惰性气氛为氮气或氩气。

4.根据权利要求1所述的植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于：富含蛋白质的天然植物包含大豆、花生和豌豆。

5.根据权利要求1所述的植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于：加压脱水的方法是将蛋白质凝胶用纱布包裹在模具中加压脱水，每100g蛋白质凝胶的脱水压力为5-10g/cm²，脱水时间5-30min。

6.根据权利要求1所述的植物蛋白质碳气凝胶的制备方法，其特征在于：完全冷冻的方式包括将成型的植物蛋白质凝胶放入冷冻设备在0℃下进行冷冻，冷冻时间6-24小时；或将成型的植物蛋白质凝胶放入液氮中冷冻1-5分钟。

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