一種碳?xì)饽z的制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳?xì)饽z的制備方法及其作為納米碳肥料增效劑在調(diào)節(jié)植物生 長方面的應(yīng)用，屬于碳?xì)饽z制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳?xì)饽z是一種由高聚物分子構(gòu)成的多空非晶凝聚態(tài)材料，具有高比表面積和可 控的孔徑大小，可作為吸附劑應(yīng)用在污水處理、海水淡化等方面。另外，碳?xì)饽z具有密度 低、導(dǎo)電性優(yōu)良等性能，在新能源電池和超級電容器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 傳統(tǒng)制備碳?xì)饽z的方法多以碳酸鈉為催化劑，經(jīng)溶膠-凝膠、干燥、碳化等一系 列過程，形成多孔無定形結(jié)構(gòu)的碳素材料。最近有研宄報(bào)道了采用鎂鹽為催化劑，獲得了球 形顆粒結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z。計(jì)亞軍等研宄了以氫氧化鎂為催化劑獲得的碳?xì)饽zTEM圖呈現(xiàn) 大面積蟲蝕形態(tài)，以醋酸鎂為催化劑得到的碳?xì)饽z呈現(xiàn)連續(xù)粒狀。何蕊等以氨水作為間 苯二酚和甲醛反應(yīng)的催化劑，經(jīng)溶膠-凝膠制備有機(jī)氣凝膠，再經(jīng)過常溫常壓干燥、高溫碳 化形成連續(xù)顆粒狀的碳?xì)饽z?？梢?，原料對碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)有一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種碳?xì)饽z的制備方法及其作為納米碳肥料增效劑在 調(diào)節(jié)植物生長方面的應(yīng)用。
[0005] 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程如下： 一種碳?xì)饽z的制備方法：在密閉容器中，將糖類化合物、高聚物和有機(jī)溶劑在150~ 250°C反應(yīng)后，經(jīng)干燥得到碳?xì)饽z，所述的糖類化合物選自單糖或二糖，所述的高聚物選 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。
[0006] 所述的糖類化合物選自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖。
[0007] 所述的有機(jī)溶劑選自甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、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、二甲基亞砜、二氯亞砜、N-甲基吡 咯烷酮。
[0008] 糖類化合物、高聚物和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1 :1 :5~I :0. 1 :0. 5,反應(yīng)溫度為 160 ~200。。。
[0009] 上述碳?xì)饽z的干燥采用冷凍干燥或二氧化碳超臨界干燥。
[0010] 上述碳?xì)饽z可進(jìn)一步在惰性氣氛下經(jīng)過300~1200°C煅燒處理。
[0011] 上述制備方法得到的碳?xì)饽z可作為納米碳肥料增效劑應(yīng)用于調(diào)節(jié)植物生長方 面。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果：（1)本發(fā)明制備碳?xì)饽z無需加入催化劑，減少了催 化劑分布不均及殘留造成的孔道堵塞；（2)本發(fā)明方法操作簡單、成本低，制備得到的碳?xì)?凝膠純度高，密度低、孔隙率高；（3)本發(fā)明方法制備的碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑不 僅能夠促進(jìn)植物生長，還能減少肥料施用量。
【附圖說明】
[0013] 圖1為實(shí)施例1、4、13所制備的圓柱狀凝膠照片； 圖2為實(shí)施例1所制備的碳?xì)饽z的粉末衍射圖； 圖3為實(shí)施例1所制備的碳?xì)饽z的紅外圖； 圖4為實(shí)施例1所制備的碳?xì)饽z的X-射線光電子能譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL冰乙酸，在200°C 下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠見圖I (a)，凝膠經(jīng)冷凍干燥后在氮?dú)鈿夥障?1000°C煅燒3小時(shí)得到碳?xì)饽z，其粉末衍射圖見圖2,由此可知所制備的碳?xì)饽z為非 晶態(tài)；其紅外圖譜見圖3,圖中~3411. δαιΓ1為-OH的峰，~1660 CnT1為C=O和C=C的峰，~ 1282. 8 cnT1為C-OH的峰；其X-射線光電子能譜圖見圖4,圖中a為全譜圖，b為碳譜，從a 圖看出所制備的碳?xì)饽z主要含有C、N、0三種元素，從b圖看出Cls峰是由結(jié)合能在285. 5 eV、288. I eV的兩個(gè)子峰組成，這兩個(gè)子峰分別對應(yīng)著C-C和-C00H。從上述表征可以看出 所制備的碳?xì)饽z富含-OH、-COOH等官能團(tuán)。
[0015] 實(shí)施例2 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig果糖、0.1 g聚丙烯酸和0. 5mL甲酸，在160°C下反應(yīng)8小時(shí)， 反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)二氧化碳超臨界干燥后得到碳?xì)饽z。
[0016] 實(shí)施例3 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig麥芽糖、0.1 g聚丙烯酰胺和3mL乙二醇，在200°C下反應(yīng)8小 時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后在氮?dú)鈿夥障?00°C煅燒4小時(shí)得到 碳?xì)饽z。
[0017] 實(shí)施例4 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig乳糖、0. 5g聚乙烯醇和3mL乙醇，在250°C下反應(yīng)4小時(shí)，反 應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠見圖I (b)，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0018] 實(shí)施例5 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL 丁醇，在200°C 下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0019] 實(shí)施例6 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig半乳糖、0.1 g聚丙烯酸和3mL丙酸，在180°C下反應(yīng)8小時(shí)， 反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0020] 實(shí)施例7 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL乙腈，在200°C 下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后在氮?dú)鈿夥障?200°C煅燒 1小時(shí)得到碳?xì)饽z。
[0021] 實(shí)施例8 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL二氯甲烷，在 200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0022] 實(shí)施例9 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig蔗糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL氯仿，在200°C下 反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0023] 實(shí)施例10 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL N，N-二甲基甲 酰胺，在200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后在氮?dú)鈿夥?下800°C煅燒3小時(shí)得到碳?xì)饽z。
[0024] 實(shí)施例11 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL N，N-二甲基乙 酰胺，在200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽?膠。
[0025] 實(shí)施例12 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL二甲基亞砜，在 200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0026] 實(shí)施例13 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig蔗糖、Ig聚乙二醇（PEG-4000)和2mL甲醇，在200°C下反應(yīng)8 小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠見圖I (c)，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0027] 實(shí)施例14 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL二氯亞砜，在 200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后在氮?dú)鈿夥障?00°C 煅燒2小時(shí)得到碳?xì)饽z。
[0028] 實(shí)施例15 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、0.1 g聚乙烯吡咯烷酮（K30)和3mL N-甲基吡咯 烷酮，在200°C下反應(yīng)8小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽?膠。
[0029] 實(shí)施例16 在密閉反應(yīng)釜中，加入Ig葡萄糖、Ig聚乙烯吡咯烷酮（K30)和5mL異丙醇，在150°C 下反應(yīng)10小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經(jīng)冷凍干燥后得到碳?xì)饽z。
[0030] 實(shí)施例17碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑在調(diào)節(jié)植物生長方面的應(yīng)用 (1)納米碳使用濃度室內(nèi)盆栽試驗(yàn) 按大豆每畝施肥量換算室內(nèi)盆栽的施肥量，然后將實(shí)施例1制備的碳?xì)饽z配制成碳 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為〇、〇. 5%。、1%。，3%。，5%。的納米碳肥料增效劑，每個(gè)處理設(shè)置5盆，每盆5 株，培養(yǎng)45天。測試大豆全植株生物量，統(tǒng)計(jì)分析。
[0031] 表1碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑調(diào)節(jié)植物生長的評價(jià)數(shù)據(jù)表
從表1可以看出，碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑具有促進(jìn)植物生長的作用，但是當(dāng) 納米碳濃度增大到5%。時(shí)，大豆苗的生長速率反而降低，說明碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。的納米碳 肥料增效劑能夠顯著促進(jìn)植物生長。
[0032] (2 )肥料減量室內(nèi)盆栽試驗(yàn) 以納米碳肥料增效劑適宜添加比例3%。為基礎(chǔ)，設(shè)置100%、70%的肥料施用及添加納米 碳肥料增效劑3%。的肥料施用處理，每個(gè)處理5盆，每盆5株，培養(yǎng)45天，測試大豆全植株生 物量，統(tǒng)計(jì)分析。
[0033] 表2碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑調(diào)節(jié)植物生長的評價(jià)數(shù)據(jù)表
從表2可以看出，與正常施肥（即100%)相比，增加3%。納米碳肥增效劑后，大豆苗的鮮 重增加了 2. lg，在施肥量減為70%時(shí)，在肥料中加入3%。納米碳肥料增效劑后，大豆苗的鮮 重比正常施肥（即100%)重I. 5g，說明碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑在促進(jìn)植物生長的 同時(shí)能夠減少施肥量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：在密閉容器中，將糖類化合物、高聚物和有 機(jī)溶劑在150~250°C反應(yīng)后，經(jīng)干燥得到碳?xì)饽z， 所述糖類化合物、高聚物和有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為1 :1 :5~I :0. 1 :0. 5 ;所述的糖類化 合物選自單糖或二糖，所述的高聚物選自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二 醇、聚乙烯醇。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：所述糖類化合物選自葡 萄糖、果糖、半乳糖、鹿糖、麥芽糖、乳糖。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：所述的有機(jī)溶劑選自甲 酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、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、二甲基亞砜、二氯亞砜、N-甲基吡咯烷酮。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：反應(yīng)溫度為160~ 200。。。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：干燥采用冷凍干燥或二 氧化碳超臨界干燥。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳?xì)饽z的制備方法，其特征在于：碳?xì)饽z進(jìn)一步在惰性 氣氛下經(jīng)過300~1200 °C煅燒處理。7. 權(quán)利要求1所述制備方法制備得到的碳?xì)饽z。8. 權(quán)利要求7所述碳?xì)饽z作為納米碳肥料增效劑在調(diào)節(jié)植物生長方面的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳?xì)饽z的制備方法及其作為納米碳肥料增效劑在調(diào)節(jié)植物生長方面的應(yīng)用，屬于碳?xì)饽z制備技術(shù)領(lǐng)域。其具體的制備過程如下：在密閉容器中，將糖類化合物、高聚物和有機(jī)溶劑在150～250℃反應(yīng)后，經(jīng)干燥得到碳?xì)饽z。本發(fā)明方法制備碳?xì)饽z無需加入催化劑，減少了催化劑分布不均及殘留造成的孔道堵塞；同時(shí)具有制備方法簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明方法制備得到的碳?xì)饽z純度高、密度低、孔隙率高，其作為納米碳肥料增效劑不僅能夠促進(jìn)植物生長，還能減少肥料施用量。
【IPC分類】C01B31/02, C05G3/00
【公開號】CN104986752
【申請?zhí)枴緾N201510344508
【發(fā)明人】黨桃桃
【申請人】西安博納材料科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月23日