[发明专利]一种通过超临界二氧化碳体系处理废弃鸡毛获得功能碳材料和碳酸氢铵的方法

说明书

技术领域

本发明属于回收利用废弃鸡毛制备高附加值功能碳材料以及碳酸氢铵技术领域，具体涉及利用废弃鸡毛制备氮掺杂碳微球、氮掺杂碳纳米管包覆Ni₃S₂纳米线、碳酸氢铵的工艺技术。背景技术

羽毛的产量为活重的7.6-8.6％左右，我国鸡鸭鹅等家禽羽毛资源相关丰富，每年大约产生近百万吨羽毛废弃物，但是其中只有10-20％作为保暖填充材料被利用，附加值不高。大部分的禽类羽毛被直接丢弃，这样不但污染环境，而且浪费了一种宝贵的蛋白质资源。因此鸡毛废弃物的回收利用一直是人们的研究课题。

例如，中国专利申请公开号CN102392353B发明一种鸡毛再生蛋白纺织物印染布的整理工艺。其发明的鸡毛再生蛋白复合纺织物印染布集蛋白质纤维和纤维素纤维的优点于一身，该纺织物印染布具有独特的护肤保健功能、舒适性、亲肤性、染色鲜艳等优点，用其制作成服装后的穿着舒适性和抗静电性能可达到羊毛面料的水平，是一种上乘高档的服装面料，尤其适合妇女、儿童的内衣和休闲装等服装面料的选材。

公开号CN101240302A将废弃羽毛同氯化钠、氯化镁、氯化钙、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及酵母粉按照比例混合，加净化水溶解，热处理灭菌；然后接入枯草芽孢杆菌YYW-1CGMCC NO.2396，35～40℃发酵48～72小时，发酵产物酸调后经732铵型阳离子交换树脂吸附和洗脱而获得L-苯丙氨酸浓溶液。

公开号CN1280484C发明了一种用羽毛作原料制备纸浆的方法，用该发明制得的纸浆，采用已有的制造纸或者其他纸制品的工艺和设备可抄造出各种纸张或制成餐盒等其他纸制品，应用范围广泛。

ELSEVIER期刊下的一篇杂志(Bioresource Technology,2006年,97卷,1337–1343页)报道了一种利用石灰处理鸡毛废弃物的工艺，得到富含氨基酸和多肽的液体产物，可以被用来作为动物饲料添加剂。通过对种液体溶液营养成分的检测发现，这种方法制备出来的角蛋白水溶液中由于缺乏精氨酸、组氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸，只适合反刍动物的饲料添加剂。且经过反刍动物瘤胃代谢消化发现，在瘤胃中角蛋白水溶液的氨产量和大豆棉籽饲料相似，尿素的产量极低，因此不会造成氨中毒。由于石灰是一种十分便宜的、有效的、可重新利用的、安全的材料，所以该工艺是一种简单可行的利用角蛋白的方法。但是如何利用鸡毛制备功能碳材料，比如碳微球、碳纳米管等，还未见报告，同时如何利用鸡毛中的氮元素，并直接转化为含氮的化肥，比如碳酸氢铵等，也未见相关文献报告。

总之，废弃鸡毛作为一种宝贵的蛋白质资源，其应用范围越来越广泛。但是类似工业上将二氧化碳气体通入到浓氨水中制备碳酸氢铵的工艺相比，利用超临界二氧化碳体系处理鸡毛废弃物，即将含氮的物质通入到超临界二氧化碳体系中，生成所需的氮肥，过程简单，设备简便，同时可以生产多种产品。

发明内容

本发明提出了一种通过超临界二氧化碳体系处理废弃鸡毛的方法，以期可以在处理废弃鸡毛的同时获得功能碳材料及碳酸氢铵。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明通过超临界二氧化碳体系处理废弃鸡毛获得功能碳材料和碳酸氢铵的方法，其特点在于：

方法一：将废弃鸡毛和干冰加入高压釜中，升温至600～650℃，保温180-200分钟，冷却至室温后，获得氮掺杂碳微球和碳酸氢铵；在高压釜中所述废弃鸡毛的加入量为40g/L，所述干冰的加入量为480g/L。在产物形成的过程中，反应温度至关重要，低于600℃时，则没有碳酸氢铵生成，且也只有少量碳产物出现。通过该方法制备出来的氮掺杂碳微球形貌较好，表面光滑，直径为1-5微米。生成的氮掺杂碳微球具有很高的氮含量，大约为12.8wt％。在这个工艺中，鸡毛中大约30.6wt％的氮被转化为碳酸氢铵中的氮，大约21.1wt％的氮被掺杂到含氮的碳微球中。如果将这些氮掺杂碳微球经1500℃退火1小时，氮掺杂碳微球表面出现一些纳米级的层状结构，可用于超疏水涂层纳微结构的形成。将制备出来的氮掺杂碳微球和退火后的氮掺杂碳微球作为原料应用到超疏水纺织涂层上，其接触角分别可达到153.2±1.7和165.2±2.5°。该方法最大的优势是能够同时将鸡毛转化为两种价值更高的产物。别的含氮材料(比如尼龙6)也可以使用这个工艺将其转化成碳微球和碳酸氢铵产物，表明该方法具有普适性。