[發明專利]一種角蛋白基多孔碳材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010627552.0
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111957295A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 曹珊;宋金枝;李彥春;祝德義
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李江

本發明提供一種角蛋白基多孔碳材料的制備方法，其特征在于：將禽畜類富含角蛋白的毛發經過初步碳化、化學活化、深度碳化步驟的處理，得到角蛋白基多孔碳材料。所述初步碳化：在氮氣氣氛下，將干凈的毛發進行兩次碳化反應得到碳化材料。所述化學活化：將碳化后的禽畜類毛發研磨，將碳粉與氫氧化鉀、氯化鉀等適宜活化的鉀鹽在水中振蕩反應。所述深度碳化：高溫處理，經酸洗、去離子水洗，并烘干。將獲得的角蛋白基碳材料用于染料廢水處理，降低了染料廢水的處理難度，也實現了生物質多孔碳材料在廢水處理方面的應用。將生物質固體廢棄物再處理，進而用于廢水處理，實現了更大價值的變廢為寶。

技術領域

本發明涉及固體廢棄物的處理及再利用領域，具體涉及一種角蛋白基多孔碳材料的制備方法及其應用。

背景技術

在畜牧業以及制革行業中，每年都將產生大量的角蛋白固體廢棄物，如牛毛、羊毛、雞羽毛等。這些廢棄物大多做填埋或焚燒處理，但這些方法都對環境具有不良影響。隨著經濟的發展，我國對環境的要求越來越嚴格，在一定程度上限制了廢棄物的處理，進而造成毛發廢棄物的大量堆積。羊毛由于其長度特性，容易被紡織行業再生利用；而牛毛、羽毛等再利用較為棘手，目前資源化利用程度明顯不足。毛發是一種天然角蛋白材料，富含有機碳，因此其可作為制備多孔碳材料的碳源。

另外，廢水一直是制約各行業發展的重要因素，尤其是染料廢水，由于各種化學試劑的存在，不僅會對水資源和人體產生不利的影響，也大大增加了廢水的處理難度。目前，常用的染料廢水處理方法有氣浮法、生物法和吸附法等。在吸附法中，碳吸附法因具有成本低、原料廣泛，吸附速度快等優勢受到廣泛應用。因此，以毛發廢棄物為碳源，用于染料廢水的吸附處理，是一個十分有益的解決辦法。但現有技術中，尚未有較好的工藝技術可以實現這一資源化利用。

針對目前缺乏利用制革中所產生的牛毛等角蛋白資源的這一現狀，本發明提出了將廢棄的角蛋白資源用于染色廢水可利用的吸附碳材料制備中，從而解決目前牛毛由于長度較短及結構穩定不易降解，難以再生利用的這一問題。此外，將再生的角蛋白基吸附材料用于染色廢水吸附，也填補了目前廢棄角蛋白基再生材料用于染料吸附的空缺。

發明內容

針對以上技術問題，本發明提供一種角蛋白基多孔碳材料的制備方法及其應用，并達到以下發明目的：提高牛毛制備基角蛋白基多孔碳材料的比表面積、孔體積，以及對有機廢水的吸附效果。

為實現以上發明目的，采用的技術方案如下：

一種角蛋白基多孔碳材料的制備方法，將禽畜類富含角蛋白的毛發經過初步碳化、化學活化、深度碳化步驟的處理，得到角蛋白基多孔碳材料。

所述初步碳化：在氮氣氣氛下，將干凈的毛發進行兩次碳化反應得到碳化材料。

所述兩次碳化反應：在300-400℃下碳化反應1-1.5 h，然后升溫至600-800 ℃碳化反應2-2.5 h。

所述化學活化：包括將碳化后的禽畜類毛發研磨，并在100-150目篩網過篩，得到碳粉。

所述化學活化：包括將碳粉與氫氧化鉀、氯化鉀等適宜活化的鉀鹽以1：2-4的質量比混合，在水中40-50℃振蕩反應22-26 h。

所述深度碳化：將活化材料在氮氣氣氛下升溫至800 -1000℃，并保溫1.5-4h；將高溫處理后的材料經酸洗、去離子水洗，并烘干。

所述烘干：烘干溫度為70-85℃，烘干時間為24-25 h。

本發明中的吸附實驗的對染料的吸附量采用標準曲線法進行表征，其具體操作如下：

取待測染料于干燥器中恒重后，配置不同濃度梯度的標準溶液，以分光光度法在該染料的最大吸收波長下測定，獲得標準曲線。配置一定濃度的染料，經吸附實驗后，測定并計算水中的染料含量，獲得吸附曲線。

采用上述技術方案，本發明具有以下有益效果：