一种炭气凝胶材料及其制备方法与应用

本发明涉及土壤修复，特别涉及一种炭气凝胶材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着全球经济贸易的快速发展，作为最大能源消费来源的石油及相关衍生物的消耗量也急剧增加。石油泄漏到土壤中会造成严重的土壤污染，对人类健康造成不可逆转的、持久的危害，同时也危及当地的生物多样性。传统的石油污染土壤修复技术包括萃取、焚烧、物理分离、固化稳定、热解吸、电动法、化学氧化法、植物修复、微生物降解等。但这些修复技术存在处理周期长、修复成本高、适应范围窄、易产生二次污染、修复效率低、对土壤微生物有害等缺点，限制了这些技术的进一步应用。

2、生物炭材料具有高度芳香化、性质稳定、阳离子交换容量大、具有多孔结构、比表面积大、表面官能团丰富、带负电荷等特点，在各个方面具有广阔的应用前景，如催化、净水、污水处理、废气处理、土壤修复、电化学储能、医疗、微生物燃料电池、环保、建筑、电极材料等领域。然而，现有技术中尚没有用于石油污染土壤修复的炭气凝胶材料。

3、因此，开发出有必要开发一种用于石油污染土壤修复的炭气凝胶材料，以增强土壤中石油污染物的微生物降解。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种炭气凝胶材料及其制备方法与应用，该炭气凝胶材料对石油污染土壤具有较好的生物修复效果。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、在本发明的第一方面，提供了一种炭气凝胶材料的制备方法，所述方法包括：

4、将剑麻叶片清洗后烘干，放入naoh溶液中进行提取，后烘干，获得生物质纤维；

5、将所述生物质纤维素分散于去离子水中，后搅拌至形成均匀的悬浮液，将所述悬浮液倒入模具中冷冻干燥，获得纤维素气凝胶；

6、将所述纤维素气凝胶于氮气氛围下高温热解，后冷却和磨碎，获得炭气凝胶材料。

7、进一步地，所述放入naoh溶液中进行提取前，将剑麻叶片清洗后烘干后剪成2～3cm小段叶片。

8、进一步地，所述naoh溶液的浓度为0.8～1.5mol/l。

9、进一步地，所述搅拌的时间为4～7h；所述冷冻干燥的条件为：在-60±2℃下冷冻30～48h。

10、进一步地，所述高温热解的温度为600～800℃，所述高温热解的时间为1～3h。

11、进一步地，所述将所述纤维素气凝胶于氮气氛围下高温热解，包括：

12、将所述纤维素气凝胶放于管式炉中，通入氮气以隔绝氧气，并以5℃～8℃/min的升温速率升温至600～800℃下进行高温热解1～3h。

13、进一步地，所述通入氮气的流速为50～100cm3/min。

14、在本发明的第二方面，提供了一种所述的方法获得的炭气凝胶材料。

15、在本发明的第三方面，提供了所述炭气凝胶材料在石油污染土壤生物修复中的应用。

16、本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

17、本发明提供的一种炭气凝胶材料及其制备方法，该炭气凝胶材料对石油污染土壤具有较好的生物修复效果，本发明实施例的表2中石油污染土壤中一级动力学拟合参数能够更好的描述微生物降解石油污染物的动力学过程，生物炭在施入土壤后，刺激微生物的生长繁殖促进微生物对石油污染物的降解能力。

技术特征：

1.一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述放入naoh溶液中进行提取前，将剑麻叶片清洗后烘干后剪成2～3cm小段叶片。

3.根据权利要求1所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述naoh溶液的浓度为0.8～1.5mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为4～7h；所述冷冻干燥的条件为：在-60±2℃下冷冻30～48h。

5.根据权利要求1所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述高温热解的温度为600～800℃，所述高温热解的时间为1～3h。

6.根据权利要求1所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述将所述纤维素气凝胶于氮气氛围下高温热解，包括：

7.根据权利要求6所述的一种炭气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述通入氮气的流速为50～100cm3/min。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的炭气凝胶材料。

9.一种权利要求8所述的炭气凝胶材料在石油污染土壤生物修复中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述炭气凝胶材料用于石油污染土壤生物修复的方法包括：

技术总结
本发明公开了一种炭气凝胶材料及其制备方法与应用，所述方法包括：将剑麻叶片清洗后烘干，放入NaOH溶液中进行提取，后烘干，获得生物质纤维；将所述生物质纤维素分散于去离子水中，后搅拌至形成均匀的悬浮液，将所述悬浮液倒入模具中冷冻干燥，获得纤维素气凝胶；将所述纤维素气凝胶于氮气氛围下高温热解，后冷却和磨碎，获得炭气凝胶材料。该炭气凝胶材料对石油污染土壤具有较好的生物修复效果。

技术研发人员：朱联东,吕元飞,宝剑锋,刘辰辰
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16