[发明专利]一种碳气凝胶的制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种碳气凝胶的制备方法及其作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长方面的应用，属于碳气凝胶制备技术领域。其具体的制备过程如下：在密闭容器中，将糖类化合物、高聚物和有机溶剂在150～250℃反应后，经干燥得到碳气凝胶。本发明方法制备碳气凝胶无需加入催化剂，减少了催化剂分布不均及残留造成的孔道堵塞；同时具有制备方法简单、成本低等优点。本发明方法制备得到的碳气凝胶纯度高、密度低、孔隙率高，其作为纳米碳肥料增效剂不仅能够促进植物生长，还能减少肥料施用量。

技术领域

本发明涉及一种碳气凝胶的制备方法及其作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长方面的应用，属于碳气凝胶制备技术领域。

背景技术

碳气凝胶是一种由高聚物分子构成的多空非晶凝聚态材料，具有高比表面积和可控的孔径大小，可作为吸附剂应用在污水处理、海水淡化等方面。另外，碳气凝胶具有密度低、导电性优良等性能，在新能源电池和超级电容器方面具有广阔的应用前景。

传统制备碳气凝胶的方法多以碳酸钠为催化剂，经溶胶-凝胶、干燥、碳化等一系列过程，形成多孔无定形结构的碳素材料。最近有研究报道了采用镁盐为催化剂，获得了球形颗粒结构的碳气凝胶。计亚军等研究了以氢氧化镁为催化剂获得的碳气凝胶TEM图呈现大面积虫蚀形态，以醋酸镁为催化剂得到的碳气凝胶呈现连续粒状。何蕊等以氨水作为间苯二酚和甲醛反应的催化剂，经溶胶-凝胶制备有机气凝胶，再经过常温常压干燥、高温碳化形成连续颗粒状的碳气凝胶。可见，原料对碳气凝胶的结构有一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳气凝胶的制备方法及其作为纳米碳肥料增效剂在调节植物生长方面的应用。

本发明的实现过程如下：

一种碳气凝胶的制备方法：在密闭容器中，将糖类化合物、高聚物和有机溶剂在150～250℃反应后，经干燥得到碳气凝胶，所述的糖类化合物选自单糖或二糖，所述的高聚物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇。

所述的糖类化合物选自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。

所述的有机溶剂选自甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、乙腈、二氯甲烷、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯亚砜、N-甲基吡咯烷酮。

糖类化合物、高聚物和有机溶剂的质量比为1：1：5～1：0.1：0.5，反应温度为160～200℃。

上述碳气凝胶的干燥采用冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥。

上述碳气凝胶可进一步在惰性气氛下经过300～1200℃煅烧处理。

上述制备方法得到的碳气凝胶可作为纳米碳肥料增效剂应用于调节植物生长方面。

本发明的优点及积极效果：（1）本发明制备碳气凝胶无需加入催化剂，减少了催化剂分布不均及残留造成的孔道堵塞；（2）本发明方法操作简单、成本低，制备得到的碳气凝胶纯度高，密度低、孔隙率高；（3）本发明方法制备的碳气凝胶作为纳米碳肥料增效剂不仅能够促进植物生长，还能减少肥料施用量。

附图说明

图1为实施例1、4、13所制备的圆柱状凝胶照片；

图2为实施例1所制备的碳气凝胶的粉末衍射图；

图3为实施例1所制备的碳气凝胶的红外图；

图4为实施例1所制备的碳气凝胶的X-射线光电子能谱图。

具体实施方式

实施例1