[发明专利]利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶及其制备方法

说明书

一种利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶及其制备方法，该制备方法是通过力化学反应器对废弃皮革进行了循环碾磨30～60次的碾磨处理，经处理后的废弃皮革超细粉体加入到聚乙烯醇水溶液中充分搅拌混合均匀，再经液氮速冷和冻干机冷冻干燥处理得到PVA/皮革复合气凝胶，最后经高温绝氧碳化后即可得到利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶。本发明利用废弃皮革超细粉体在制备过程中能与PVA中的羟基充分络合并适于作为碳源，再经高温绝氧碳化后形成的多层碳结构可达到增强所得碳气凝胶电磁屏蔽性能的效果；同时，本发明所提供的制备方法步骤简单，成本低廉，有助于实现对废旧皮革材料的高价值化工业利用。

技术领域

本发明属于碳气凝胶制备技术领域，具体涉及一种利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶及其制备方法；特别是针对利用中国授权专利ZL95111258.9所公开的力化学反应器对废弃皮革进行了处理。

背景技术

碳气凝胶是一种由碳作为基体的具有三维网络结构的新型多孔固体材料，由于其结合了碳材料优异的导电、导热性质以及气凝胶高比表面积、高孔隙率、低密度的特性，在制备电磁屏蔽材料、催化剂载体、储氢、吸油材料等领域都具有广阔的应用前景，成为近年来新型碳材料领域的研究热点。

现有技术文献记载中，目前碳气凝胶多数是由各种有机复合气凝胶经高温绝氧碳化获得，如Zhaoyang X,Huan Z,Sicong T,et al.Ultralight super-hydrophobic carbonaerogels based on cellulose nanofibers/poly(vinyl alcohol)/graphene oxide(CNFs/PVA/GO)for highly effective oil–water separation[J].Blstn JNanotechnol,2018,9:508-519.中所记载，采用聚乙烯醇(PVA)作为基体，与纤维素纳米纤维、氧化石墨烯共混，先通过冷冻干燥法制备了复合气凝胶，再通过高温绝氧碳化制备了碳气凝胶。

PVA作为一种性能优异的多羟基水溶性高分子，经常被用于制备复合气/水凝胶，但若基于PVA制备碳气凝胶，需添加额外的交联剂，且交联程度难以控制，未经交联的PVA在高温下易发生连续的断链降解，需要在制备过程中添加额外的碳源，以得到具有连续多孔结构的碳气凝胶。通常，碳源的选择为石墨烯、碳纳米管、纤维素等，其成本相对高昂，且存在难以在基体中均匀分散的问题。

皮革作为一种生物质资源在现代社会中被广泛使用，但在制革和使用过程中会产生大量废弃产物，其主要成分为交联的皮胶原纤维束，约占百分之九十，另外还存在大量灰分，如三氧化铬、硫化钠、氯化钠等添加剂。这就导致其成分复杂难以回收利用，通常都采用填满或焚烧处理，三价铬在这种情况下易氧化成剧毒的六价铬，带来极为严重的环境污染问题。因此，对废弃皮革材料的高值化回收利用就具有重要的实际意义。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中的问题，提供一种利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶及其制备方法，该制备方法通过力化学反应器对废弃皮革进行了处理，经处理后的废弃皮革超细粉体在制备过程中能与PVA中的羟基充分络合并适于作为碳源，再经高温绝氧碳化后形成的多层碳结构可达到增强所得碳气凝胶电磁屏蔽性能的效果；同时，本发明所提供的制备方法步骤简单，成本低廉，有助于实现对废旧皮革材料的高价值化工业利用。

为实现上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

一种利用废弃皮革作为碳源基于聚乙烯醇的碳气凝胶的制备方法，按重量份数计，包括以下步骤：

(1)选择废弃铬鞣制皮革材料制品或角料，经过包括洗净的预处理后，将其处理为适于放入磨盘型固相力化学反应器中进行碾磨粉碎的废弃皮革粉体或废弃皮革碎块；