一種用于空氣過濾的碳氣凝膠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物材料領域，尤其是涉及一種用于空氣過濾的碳氣凝膠的制備方法。
【背景技術】
[0002]據估計，中國每年160萬人因空氣污染死亡，占中國總死亡人數的17%。《全球疾病負擔2010年報告》估計，2010年中國因室外PM2.5污染導致了 120萬人過早死亡。該報告還稱，PM2.5是影響中國公眾健康的第四大危險因素，前三位分別是不健康飲食、高血壓和吸煙。在《柳葉刀》報告，估計中國每年因室外空氣污染導致的早死人數為35萬?50萬人。研究發現，中國的年均PM2.5為52yg/m3。總體來說，38%的中國人呼吸的空氣“不健康” (>55 yg/m3)。此外，對于N02和S02的排放，有15%?25%來自于交通尾氣，30%?50%來自于發電廠的燃煤，還有25~35%來自工廠。其中主要集中在對六種污染物的監測上:？12.5、？110、302、^)2、03和CO ο
[0003]是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物，對空氣質量和能見度等有重要的影響。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。
[0004]近年來，環境污染愈演愈烈，空氣污染和水體污染尤為突出，嚴重影響人體健康，為改善現狀采取植物修復、光催化、生物降解、吸附等多種技術。相比之下，吸附技術有經濟、環保、便捷、無二次污染等優勢。氣凝膠材料具有納米多孔結構，且孔徑可調，比表面積可高達1000?2000m 2/g，且它的密度極低，是空氣的三倍，也是世界上已知的最輕固體。氣凝膠以其超輕、多孔等特性目前備受關注，在物理、化學、生物等方面取得很大研究進展。碳氣凝膠在電容器、水污染處理等方面的應用備受關注，由于碳氣凝膠具有多孔結構的特性，因此被用來處理水體污染并在該領域取得重大突破，而在空氣凈化(尤其是細顆粒物處理)方面尚無系統文獻報告。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種用于空氣過濾的碳氣凝膠的制備方法，該制備方法用天然內部多孔特性的生物質材料為原料作為碳源進行處理，通過方便且節能的熱解過程制備碳氣凝膠，碳氣凝膠對甲醛和PM2.5等空氣污染物有良好的吸附性能，該制備方法有別于傳統氣凝膠及商用活性炭的制備方法，更加方便、健康、環保。
[0006]本發明的目的是這樣實現的:
一種用于空氣過濾的碳氣凝膠的制備方法，特征是:
A、先將柚子中間的果肉、種子和外層的柚子皮分離開，再將外層的柚子皮的黃色皮層切除，得到白色軟質的柚子皮，最后將白色軟質的柚子皮切成塊狀；
B、將切好的塊狀的柚子皮分別于0.0謂~5]\1抗壞血酸、0.01M~5M葡萄糖、0.01M~5M氫氧化鉀、0.0lM?5M氯化鉀和0.0lM?5M三氯化鐵溶液中分別浸泡，每次浸泡0.1?24小時； C、將浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不銹鋼高壓釜中進行水熱碳化，即:將密封的不銹鋼高壓釜放在恒溫干燥箱中，柚子皮在60?400°C條件下水熱I?48小時，然后取出，便得到黑色的碳水凝膠；
D、將黑色的碳水凝膠浸泡在無水乙醇中進行除雜，I?96小時后取出；
E、將除雜后的碳水凝膠置于去離子水中浸泡直至除去無水乙醇，I?96小時后取出；
F、將除雜后的碳水凝膠放在-20—200度的冰箱中預凍I?96小時；
G、預凍完成后將碳水凝膠放在冷凍干燥機中，進行冷凍干燥I?96小時，干燥完成后便得到成品:碳氣凝膠。
[0007]本發明是以天然新鮮的柚子皮為原料，通過水熱法碳化、無水乙醇除雜、去離子水除去無水乙醇、預凍、冷凍干燥等方法將由柚子皮制成的碳氣凝膠制備而成。它具有如下顯著優點:
1、熱解過程簡單且能耗低，步驟簡潔易操作，碳氣凝膠對甲醛和PM2.5等空氣污染物有良好的吸附能力，顯著提高了空氣凈化率，大大降低了空氣污染物對人體造成的傷害；
2、碳氣凝膠的制備方法有別于傳統氣凝膠及商用活性炭，制備過程更簡單方便，無需在高溫管式爐中進行碳化，降低了能耗且簡化了制備步驟；
3、柚子皮碳氣凝膠比傳統氣凝膠及商用活性炭擁有更大的孔隙率及廣闊的比表面積，遠大于商用活性炭的比表面積，使得吸附效率顯著增強，柚子皮碳氣凝膠比商用活性炭吸附性能更好；
4、柚子皮是生物材質，原料易得，成本低廉，柚子皮氣凝膠更加環保、安全、實用；
5、柚子皮碳氣凝膠的壓縮性能較好，密度極低。
[0008]本發明還可以用橘子皮、西瓜、冬瓜、黃瓜、絲瓜、菠蘿蜜、甘蔗、土豆、芋頭、木耳、洋蔥、馬鈴薯等生物質材料作為碳氣凝膠的原材料。
【附圖說明】
[0009]圖1為使用天然新鮮柚子皮為例作為碳源制備柚子皮碳氣凝膠的過程；
圖2為柚子皮碳氣凝膠在不同預處理下的掃描電鏡的圖像;(a):空白對照組，(b):氯化鉀，(c):氫氧化鉀，(d):葡萄糖，(e):三氯化鐵溶液和(f):抗壞血酸的溶液;掃描電鏡圖經偽彩處理。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例并對照附圖對本發明進行進一步詳細說明，但應理解本發明的范圍非僅限于這些實施例的范圍。
[0011]實施例1:
碳氣凝膠的制備:
A、先將柚子中間的果肉、種子和外層的柚子皮分離開，再將外層的柚子皮的黃色皮層切除，得到白色軟質的柚子皮，最后將白色軟質的柚子皮切成塊狀；
B、將切好的塊狀的柚子皮分別于0.02M抗壞血酸、0.02M葡萄糖、0.02M氫氧化鉀、0.02M氯化鉀和0.02M三氯化鐵溶液中分別浸泡，每次浸泡2小時；
C、將浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不銹鋼高壓釜中進行水熱碳化，即:將密封的不銹鋼高壓釜放在恒溫干燥箱中，柚子皮在60°C條件下水熱6小時，然后取出，便得到黑色的碳水凝膠；
D、將黑色的碳水凝膠浸泡在無水乙醇中進行除雜，24小時后取出；
E、將除雜后的碳水凝膠置于去離子水中浸泡直至除去無水乙醇，24小時后取出；
F、將除雜后的碳水凝膠放在-80度的冰箱中預凍12小時；
G、預凍完成后將碳水凝膠放在冷凍干燥機中，進行冷凍干燥6小時，干燥完成后便得到成品:碳氣凝膠。
[0012]實施例2:
碳氣凝膠的制備:
A、先將柚子中間的果肉、種子和外層的柚子皮分離開，再將外層的柚子皮的黃色皮層切除，得到白色軟質的柚子皮，最后將白色軟質的柚子皮切成塊狀；
B、將切好的塊狀的柚子皮分別于0.411抗壞血酸、0.4M葡萄糖、0.4M氫氧化鉀、0.4M氯化鉀和0.4M三氯化鐵溶液中分別浸泡，每次浸泡5小時；
C、將浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不銹鋼高壓釜中進行水熱碳化，即:將密封的不銹鋼高壓釜放在恒溫干燥箱中，柚子皮在200°C條件下水熱12小時，然后取出，便得到黑色的碳水凝膠；
D、將黑色的碳水凝膠浸泡在無水乙醇中進行除雜，48小時后取出；
E、將除雜后的碳水凝膠置于去離子水中浸泡直至除去無水乙醇，48小時后取出；
F、將除雜后的碳水凝膠放在-100度的冰箱中預凍24小時；
G、預凍完成后將碳水凝膠放在冷凍干燥機中，進行冷凍干燥10小時，干燥完成后便得到成品:碳氣凝膠。
[0013]實施例3:
碳氣凝膠的制備:
A、先將柚子中間的果肉、種子和外層的柚子皮分離開，再將外層的柚子皮的黃色皮層切除，得到白色軟質的柚子皮，最后將白色軟質的柚子皮切成塊狀；
B、將切好的塊狀的柚子皮分別于2M抗壞血酸、2M葡萄糖、2M氫氧化鉀、2M氯化鉀和2M三氯化鐵溶液中分別浸泡，每次浸泡10小時；
C、將浸泡好的柚子皮置于由聚四氟乙烯材料制成的不銹鋼高壓釜中進行水熱碳化，即:將密封的不銹鋼高壓釜放在恒溫干燥箱中，柚子皮在120°C條件下水熱24小時，然后取出，便得到黑色的碳水凝膠；
D、將黑色的碳水凝膠浸泡在無水乙醇中進行除雜，36小時后取出；
E、將除雜后的碳水凝膠置于去離子水中浸泡直至除去無水乙醇，36小時后取出；
F、將除雜后的碳水凝膠放在-120度的冰箱中預凍48小時；
G、預凍完成后將碳水凝膠放在冷凍干燥機中，進行冷凍干燥12小時，干燥完成后便得到成品:碳氣凝膠。
[0014]實施例4:
碳氣凝膠的制備:
A、先將