雞毛等廢棄物處理與碳基功能材料制備研究.pdf

1、廢棄塑料產(chǎn)生的“白色污染”已經(jīng)成為最嚴(yán)重的污染之一。這些廢棄塑料不僅對(duì)環(huán)境造成了潛在的危害，還不利于人們的身心健康。對(duì)廢棄塑料進(jìn)行回收再利用，并將其轉(zhuǎn)化為附加值更高的材料，不僅有利于緩解日益嚴(yán)重的環(huán)境壓力，還可節(jié)約大量的能源和原材料。另一方面禽類羽毛如雞毛等廢棄角蛋白也日益危害著環(huán)境，如何處理和利用也成為一個(gè)亟待解決的棘手問(wèn)題。現(xiàn)需要開(kāi)發(fā)一種有效的工藝可以同時(shí)處理這些不同類型的廢棄物，并制備出高附加值的功能材料。在本論文中，筆者將超臨界

2、二氧化碳(scCO2)體系用于處理這些不同類型的廢棄物，制備出幾種碳納米材料，并探討其在超疏水、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　禽類羽毛是可再生的、廉價(jià)的、豐富的。如果它們能夠轉(zhuǎn)化為價(jià)值更高的功能材料，則具有巨大的商業(yè)價(jià)值。本文研究揭示1克雞毛（包括羽柄和羽片）在超臨界二氧化碳體系中600℃的溫度下熱解3小時(shí)，能形成0.25克形貌較好的直徑為1-5微米的碳微球和0.26克碳酸氫銨（一種化肥）。在產(chǎn)物形成的過(guò)程中，反應(yīng)溫度至關(guān)重要。低于60

3、0℃時(shí)，則沒(méi)有碳酸氫銨生成，且也只有少量碳產(chǎn)物出現(xiàn)。生成的碳微球具有很高的氮含量，大約為12.8wt％。在這個(gè)工藝中，雞毛中大約30.6wt％的氮被轉(zhuǎn)化為碳酸氫銨中的氮，大約21.1wt％的氮被摻雜到含氮的碳微球中。隨后我們將制備出來(lái)的碳微球和退火后的碳微球作為原料應(yīng)用到超疏水紡織涂層上來(lái)，其接觸角可達(dá)到153.2±1.7和165.2±2.5°。這個(gè)工藝最大的優(yōu)勢(shì)是能夠同時(shí)將雞毛轉(zhuǎn)化為兩種價(jià)值更高的產(chǎn)物。
　　筆者也研究了將雞毛制

4、備成碳納米管的工藝技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在上述體系中加入醋酸鎳就能夠得到碳-Ni3S2同軸納米纖維(Ni3S2@C)，然后經(jīng)酸處理能將其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮摻雜的碳納米管(N-CNTs)。在這個(gè)工藝中，雞毛中大約34.0wt％的氮被轉(zhuǎn)化為碳酸氫銨肥料中的氮，大約9.5wt％的氮被摻雜到碳納米管中。雞毛中大約86.6％的硫元素被轉(zhuǎn)化為Ni3S2，這樣有利于減少硫化氫二氧化硫等有害氣體的排放。在硼氫化鈉提供氫氣的對(duì)硝基苯酚向?qū)Π被椒愚D(zhuǎn)化的還原反應(yīng)，Ni3S

5、2@C和N-CNTs樣品都有很高的催化活性，，其初次的速率常數(shù)分別為0.9×10-3s-1和2.1×10-3s-1。經(jīng)過(guò)6次循環(huán)后，仍然具有較高的催化活性，且催化劑很容易離心分離。氮摻雜碳納米管的催化活性要高于氮摻雜石墨烯的催化活性，且和Pd等一些貴金屬催化劑活性相當(dāng)。氮摻雜碳納米管中的氮含量達(dá)到了6.43wt％，這保證了其卓越的催化性能。這是個(gè)有效的低成本的回收利用廢棄雞毛的方法，同時(shí)展示了氮摻雜碳納米管材料的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域。

6、>　　使用廢棄PET和SiO2微球?yàn)樵?，先在超臨界二氧化碳體系中，在650℃的溫度下保持3小時(shí)，之后在1500℃真空下退火4小時(shí)，成功制備出立方3C碳化硅納米線。制備出的碳化硅納米線有十幾微米長(zhǎng)，直徑為30-150納米。這些碳化硅納米線形成主要發(fā)生在PET形成的碳微球內(nèi)部。因此，生成的碳化硅納米線均被碳微球所包裹，只有在空氣中加熱去除外部多余的碳后，這些碳化硅納米線才能被SEM和TEM所觀察到。
　　在大氣環(huán)境下，聚烯烴類廢棄物