[发明专利]一种角蛋白基多孔碳材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种角蛋白基多孔碳材料的制备方法，其特征在于：将禽畜类富含角蛋白的毛发经过初步碳化、化学活化、深度碳化步骤的处理，得到角蛋白基多孔碳材料。所述初步碳化：在氮气气氛下，将干净的毛发进行两次碳化反应得到碳化材料。所述化学活化：将碳化后的禽畜类毛发研磨，将碳粉与氢氧化钾、氯化钾等适宜活化的钾盐在水中振荡反应。所述深度碳化：高温处理，经酸洗、去离子水洗，并烘干。将获得的角蛋白基碳材料用于染料废水处理，降低了染料废水的处理难度，也实现了生物质多孔碳材料在废水处理方面的应用。将生物质固体废弃物再处理，进而用于废水处理，实现了更大价值的变废为宝。

技术领域

本发明涉及固体废弃物的处理及再利用领域，具体涉及一种角蛋白基多孔碳材料的制备方法及其应用。

背景技术

在畜牧业以及制革行业中，每年都将产生大量的角蛋白固体废弃物，如牛毛、羊毛、鸡羽毛等。这些废弃物大多做填埋或焚烧处理，但这些方法都对环境具有不良影响。随着经济的发展，我国对环境的要求越来越严格，在一定程度上限制了废弃物的处理，进而造成毛发废弃物的大量堆积。羊毛由于其长度特性，容易被纺织行业再生利用；而牛毛、羽毛等再利用较为棘手，目前资源化利用程度明显不足。毛发是一种天然角蛋白材料，富含有机碳，因此其可作为制备多孔碳材料的碳源。

另外，废水一直是制约各行业发展的重要因素，尤其是染料废水，由于各种化学试剂的存在，不仅会对水资源和人体产生不利的影响，也大大增加了废水的处理难度。目前，常用的染料废水处理方法有气浮法、生物法和吸附法等。在吸附法中，碳吸附法因具有成本低、原料广泛，吸附速度快等优势受到广泛应用。因此，以毛发废弃物为碳源，用于染料废水的吸附处理，是一个十分有益的解决办法。但现有技术中，尚未有较好的工艺技术可以实现这一资源化利用。

针对目前缺乏利用制革中所产生的牛毛等角蛋白资源的这一现状，本发明提出了将废弃的角蛋白资源用于染色废水可利用的吸附碳材料制备中，从而解决目前牛毛由于长度较短及结构稳定不易降解，难以再生利用的这一问题。此外，将再生的角蛋白基吸附材料用于染色废水吸附，也填补了目前废弃角蛋白基再生材料用于染料吸附的空缺。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种角蛋白基多孔碳材料的制备方法及其应用，并达到以下发明目的：提高牛毛制备基角蛋白基多孔碳材料的比表面积、孔体积，以及对有机废水的吸附效果。

为实现以上发明目的，采用的技术方案如下：

一种角蛋白基多孔碳材料的制备方法，将禽畜类富含角蛋白的毛发经过初步碳化、化学活化、深度碳化步骤的处理，得到角蛋白基多孔碳材料。

所述初步碳化：在氮气气氛下，将干净的毛发进行两次碳化反应得到碳化材料。

所述两次碳化反应：在300-400℃下碳化反应1-1.5 h，然后升温至600-800 ℃碳化反应2-2.5 h。

所述化学活化：包括将碳化后的禽畜类毛发研磨，并在100-150目筛网过筛，得到碳粉。

所述化学活化：包括将碳粉与氢氧化钾、氯化钾等适宜活化的钾盐以1：2-4的质量比混合，在水中40-50℃振荡反应22-26 h。

所述深度碳化：将活化材料在氮气气氛下升温至800 -1000℃，并保温1.5-4h；将高温处理后的材料经酸洗、去离子水洗，并烘干。

所述烘干：烘干温度为70-85℃，烘干时间为24-25 h。

本发明中的吸附实验的对染料的吸附量采用标准曲线法进行表征，其具体操作如下：

取待测染料于干燥器中恒重后，配置不同浓度梯度的标准溶液，以分光光度法在该染料的最大吸收波长下测定，获得标准曲线。配置一定浓度的染料，经吸附实验后，测定并计算水中的染料含量，获得吸附曲线。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：