[发明专利]一种废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣共热解制备氮杂环化合物的方法

说明书

本发明公开了一种废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣共热解制备氮杂环化合物的方法，该方法包括以下步骤：将废弃聚氨酯材料和抗生素菌渣按质量比1:1～9之间进行充分混合，在无氧环境、450～850℃下进行共热解，升温速率为10～10⁴℃/s，共热解的保温时间为5～60s，制备得到含氮杂环化合物，本发明将废弃聚氨酯材料和抗生素菌渣进行共热解处置，充分利用两者物理化学特性间的协同作用，能够提高氮杂环化合物的选择性和产率，同时还可获得富氮功能性碳材料，能够实现危废抗生素菌渣以及废弃聚氨酯材料的清洁处置和资源化利用。

技术领域：

本发明涉及固体废物综合利用技术领域，具体涉及一种废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣共热解制备氮杂环化合物的方法。

背景技术：

抗生素菌渣的安全处置已成为一个新兴问题。中国是世界上最大的抗生素生产国和出口国，占全球市场的70％以上，每年会产生数百万吨的各种抗生素菌渣。抗生素菌渣主要由菌丝体、残留底物、中间代谢物和残留的抗生素组成，一旦暴露于自然环境中，残留的抗生素会引发致病菌的耐药性，因此于2008年被列入国家危险废物名录。厌氧发酵和堆肥等常规处理方法难以完全去除残留的抗生素药物成分，因此目前抗生素菌渣主要通过焚烧处理。抗生素残留物富含蛋白质、脂肪酸等物质，具有很高的利用价值，焚烧处理会造成资源的极大浪费。此外，抗生素菌渣含水量高、热值低，导致焚烧成本高，并会产生大量的NO_x、二噁英等污染物，严重影响环境。而热解技术不仅可以分解潜在的残留抗生素和抗性基因，还有助于制备高价值的生物油和生物炭产品。同时，聚氨酯也是一类高含氮材料，因其良好的耐磨性、阻燃性、机械强度高和回弹率高等优点被广泛应用在全球各个领域，如汽车座椅、涂装、包装材料等。目前超过30％的废弃聚氨酯材料通过填埋和焚烧的方式处置，造成了空间浪费的同时也会导致NO_x、HCN的大量排放，因此亟需对这部分废弃聚氨酯进行资源化利用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣共热解制备氮杂环化合物的方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣共热解制备氮杂环化合物的方法，该方法包括以下步骤：将废弃聚氨酯材料和抗生素菌渣按质量比1:1～9之间进行充分混合，在无氧环境、450～850℃下进行共热解，升温速率为10～10⁴℃/s，共热解的保温时间为5～60s，制备得到含氮杂环化合物，所述氮杂环化合物主要包括吡啶、吡咯和吲哚类化合物；所述的废弃聚氨酯材料为60～240目粒径的废弃聚氨酯海绵、废弃聚氨酯泡沫、废弃聚氨酯涂装中的一种；所述的抗生素菌渣为60～240目粒径的青霉素菌渣、头孢菌素菌渣、磺胺甲恶唑菌渣、庆大霉素菌渣中的一种。

所述的无氧环境是氮气、氩气或氦气气氛。

优选地，共热解的保温时间为20s。

热解后残余的富氮炭材料还可作为肥料添加剂、吸附剂、电极材料等进一步加以利用。

本发明利用抗生素菌渣富含的蛋白质和氨基酸组分，在热解过程中发生氨基酸的一系列环化、二聚、脱羧等反应，从而生成吡啶、吡咯、吲哚等高价值的氮杂环化学品。由于聚氨酯材料富含强极性的氨基基团，其和氨基酸之间同样易于发生氨基链之间的环化反应，进一步提高了氮杂环的选择性。本发明还利用了聚氨酯材料的高含氧特性，其上的羰基、酯基等含氧官能团与抗生素菌渣的氨基酸之间在热解过程中会发生美拉德反应，其协同作用显著促进了吡啶、吡咯的生成。此外，与较致密的抗生素菌渣相比，聚氨酯泡沫、海绵自身的疏松多孔特性使其在碳化时依然能保持良好的孔道结构，大幅降低了热解挥发分释放时的传质阻力，有利于富含氮杂环化合物的热解油的产生。因此，本发明利用废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣的物理化学特性，采用热解方式将废弃聚氨酯材料与抗生素菌渣进行协同处置，在制备氮杂环化合物的同时，也实现了对危废抗生素菌渣以及废弃聚氨酯材料的清洁处置和资源化利用。

本发明的有益效果如下：