一种用于空气过滤的碳气凝胶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物材料领域，尤其是涉及一种用于空气过滤的碳气凝胶的制备方法。
【背景技术】
[0002]据估计，中国每年160万人因空气污染死亡，占中国总死亡人数的17%。《全球疾病负担2010年报告》估计，2010年中国因室外PM2.5污染导致了 120万人过早死亡。该报告还称，PM2.5是影响中国公众健康的第四大危险因素，前三位分别是不健康饮食、高血压和吸烟。在《柳叶刀》报告，估计中国每年因室外空气污染导致的早死人数为35万?50万人。研究发现，中国的年均PM2.5为52yg/m3。总体来说，38%的中国人呼吸的空气“不健康” (>55 yg/m3)。此外，对于N02和S02的排放，有15%?25%来自于交通尾气，30%?50%来自于发电厂的燃煤，还有25~35%来自工厂。其中主要集中在对六种污染物的监测上:？12.5、？110、302、^)2、03和CO ο
[0003]是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。
[0004]近年来，环境污染愈演愈烈，空气污染和水体污染尤为突出，严重影响人体健康，为改善现状采取植物修复、光催化、生物降解、吸附等多种技术。相比之下，吸附技术有经济、环保、便捷、无二次污染等优势。气凝胶材料具有纳米多孔结构，且孔径可调，比表面积可高达1000?2000m 2/g，且它的密度极低，是空气的三倍，也是世界上已知的最轻固体。气凝胶以其超轻、多孔等特性目前备受关注，在物理、化学、生物等方面取得很大研究进展。碳气凝胶在电容器、水污染处理等方面的应用备受关注，由于碳气凝胶具有多孔结构的特性，因此被用来处理水体污染并在该领域取得重大突破，而在空气净化(尤其是细颗粒物处理)方面尚无系统文献报告。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用于空气过滤的碳气凝胶的制备方法，该制备方法用天然内部多孔特性的生物质材料为原料作为碳源进行处理，通过方便且节能的热解过程制备碳气凝胶，碳气凝胶对甲醛和PM2.5等空气污染物有良好的吸附性能，该制备方法有别于传统气凝胶及商用活性炭的制备方法，更加方便、健康、环保。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
一种用于空气过滤的碳气凝胶的制备方法，特征是:
A、先将柚子中间的果肉、种子和外层的柚子皮分离开，再将外层的柚子皮的黄色皮层切除，得到白色软质的柚子皮，最后将白色软质的柚子皮切成块状；
B、将切好的块状的柚子皮分别于0.0謂~5]\1抗坏血酸、0.01M~5M葡萄糖、0.01M~5M氢氧化钾、0.0lM?5M氯化钾和0.0lM?5M三氯化铁溶液中分别浸泡，每次浸泡0.1?24小时； C、将浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不锈钢高压釜中进行水热碳化，即:将密封的不锈钢高压釜放在恒温干燥箱中，柚子皮在60?400°C条件下水热I?48小时，然后取出，便得到黑色的碳水凝胶；
D、将黑色的碳水凝胶浸泡在无水乙醇中进行除杂，I?96小时后取出；
E、将除杂后的碳水凝胶置于去离子水中浸泡直至除去无水乙醇，I?96小时后取出；
F、将除杂后的碳水凝胶放在-20—200度的冰箱中预冻I?96小时；
G、预冻完成后将碳水凝胶放在冷冻干燥机中，进行冷冻干燥I?96小时，干燥完成后便得到成品:碳气凝胶。
[0007]本发明是以天然新鲜的柚子皮为原料，通过水热法碳化、无水乙醇除杂、去离子水除去无水乙醇、预冻、冷冻干燥等方法将由柚子皮制成的碳气凝胶制备而成。它具有如下显著优点:
1、热解过程简单且能耗低，步骤简洁易操作，碳气凝胶对甲醛和PM2.5等空气污染物有良好的吸附能力，显著提高了空气净化率，大大降低了空气污染物对人体造成的伤害；
2、碳气凝胶的制备方法有别于传统气凝胶及商用活性炭，制备过程更简单方便，无需在高温管式炉中进行碳化，降低了能耗且简化了制备步骤；
3、柚子皮碳气凝胶比传统气凝胶及商用活性炭拥有更大的孔隙率及广阔的比表面积，远大于商用活性炭的比表面积，使得吸附效率显著增强，柚子皮碳气凝胶比商用活性炭吸附性能更好；
4、柚子皮是生物材质，原料易得，成本低廉，柚子皮气凝胶更加环保、安全、实用；
5、柚子皮碳气凝胶的压缩性能较好，密度极低。
[0008]本发明还可以用橘子皮、西瓜、冬瓜、黄瓜、丝瓜、菠萝蜜、甘蔗、土豆、芋头、木耳、洋葱、马铃薯等生物质材料作为碳气凝胶的原材料。
【附图说明】
[0009]图1为使用天然新鲜柚子皮为例作为碳源制备柚子皮碳气凝胶的过程；
图2为柚子皮碳气凝胶在不同预处理下的扫描电镜的图像;(a):空白对照组，(b):氯化钾，(c):氢氧化钾，(d):葡萄糖，(e):三氯化铁溶液和(f):抗坏血酸的溶液;扫描电镜图经伪彩处理。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例并对照附图对本发明进行进一步详细说明，但应理解本发明的范围非仅限于这些实施例的范围。
[0011]实施例1:
碳气凝胶的制备:
A、先将柚子中间的果肉、种子和外层的柚子皮分离开，再将外层的柚子皮的黄色皮层切除，得到白色软质的柚子皮，最后将白色软质的柚子皮切成块状；
B、将切好的块状的柚子皮分别于0.02M抗坏血酸、0.02M葡萄糖、0.02M氢氧化钾、0.02M氯化钾和0.02M三氯化铁溶液中分别浸泡，每次浸泡2小时；
C、将浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不锈钢高压釜中进行水热碳化，即:将密封的不锈钢高压釜放在恒温干燥箱中，柚子皮在60°C条件下水热6小时，然后取出，便得到黑色的碳水凝胶；
D、将黑色的碳水凝胶浸泡在无水乙醇中进行除杂，24小时后取出；
E、将除杂后的碳水凝胶置于去离子水中浸泡直至除去无水乙醇，24小时后取出；
F、将除杂后的碳水凝胶放在-80度的冰箱中预冻12小时；
G、预冻完成后将碳水凝胶放在冷冻干燥机中，进行冷冻干燥6小时，干燥完成后便得到成品:碳气凝胶。
[0012]实施例2:
碳气凝胶的制备:
A、先将柚子中间的果肉、种子和外层的柚子皮分离开，再将外层的柚子皮的黄色皮层切除，得到白色软质的柚子皮，最后将白色软质的柚子皮切成块状；
B、将切好的块状的柚子皮分别于0.411抗坏血酸、0.4M葡萄糖、0.4M氢氧化钾、0.4M氯化钾和0.4M三氯化铁溶液中分别浸泡，每次浸泡5小时；
C、将浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不锈钢高压釜中进行水热碳化，即:将密封的不锈钢高压釜放在恒温干燥箱中，柚子皮在200°C条件下水热12小时，然后取出，便得到黑色的碳水凝胶；
D、将黑色的碳水凝胶浸泡在无水乙醇中进行除杂，48小时后取出；
E、将除杂后的碳水凝胶置于去离子水中浸泡直至除去无水乙醇，48小时后取出；
F、将除杂后的碳水凝胶放在-100度的冰箱中预冻24小时；
G、预冻完成后将碳水凝胶放在冷冻干燥机中，进行冷冻干燥10小时，干燥完成后便得到成品:碳气凝胶。
[0013]实施例3:
碳气凝胶的制备:
A、先将柚子中间的果肉、种子和外层的柚子皮分离开，再将外层的柚子皮的黄色皮层切除，得到白色软质的柚子皮，最后将白色软质的柚子皮切成块状；
B、将切好的块状的柚子皮分别于2M抗坏血酸、2M葡萄糖、2M氢氧化钾、2M氯化钾和2M三氯化铁溶液中分别浸泡，每次浸泡10小时；
C、将浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不锈钢高压釜中进行水热碳化，即:将密封的不锈钢高压釜放在恒温干燥箱中，柚子皮在120°C条件下水热24小时，然后取出，便得到黑色的碳水凝胶；
D、将黑色的碳水凝胶浸泡在无水乙醇中进行除杂，36小时后取出；
E、将除杂后的碳水凝胶置于去离子水中浸泡直至除去无水乙醇，36小时后取出；
F、将除杂后的碳水凝胶放在-120度的冰箱中预冻48小时；
G、预冻完成后将碳水凝胶放在冷冻干燥机中，进行冷冻干燥12小时，干燥完成后便得到成品:碳气凝胶。
[0014]实施例4:
碳气凝胶的制备:
A、先将