利用动物毛发制备含硫氮少层石墨烯的工业生产方法与流程

本发明属于含硫氮石墨烯制备技术领域，具体涉及到利用动物毛发下脚料制备含硫氮少层石墨烯的工业生产方法。

背景技术：

我国每年生猪及禽类屠宰量达上亿吨，由此而产生的屠宰废弃物(如猪毛、禽类羽毛)可达上百万吨，其多数被直接丢弃或焚烧，造成环境污染。动物毛发富含角蛋白，研究废弃的动物毛发角蛋白转变为可用之物，使之能直接得到应用，达到变废为宝的目的，既能保护环境又能带来经济效益。

角蛋白通过分子间二硫键、氢键、盐键和其他交键作用，形成高度交联的三维稳定结构，使得角蛋白难以溶解，很难生物利用。

利用动物毛发、羽毛、蹄壳等屠宰废弃物来得到角蛋白，无疑是资源的再生利用，且角蛋白改性后作为力学特性良好的生物可降解天然高分子材料，已经在多个领域表现出了较好的应用前景。羊毛角蛋白属于纤维性的、非营养性的“硬”蛋白,其构成元素主要包括50％的碳、7％的氢、22％-25％的氧、16％-17％的氮和3％-4％的硫.根据实际应用的需求，选取动物毛发获得所需产品，缓解供需矛盾等问题，无论从经济效益、生态效益，还是环境效益来讲，都具有极为重要的意义。

通常获得石墨烯的方法是用hummers法或改进hummers法,加工天然石墨矿来实现制备石墨烯，但含硫氮少层石墨烯在自然条件下不存在。

我们利用动物毛发、羽毛、蹄壳等屠宰废弃物与石墨烯高温反应，获得含硫氮少层石墨烯的工业生产方法.

由于含硫氮少层石墨烯中，硫原子和氮原子的加入，改善了含硫氮少层石墨烯的表面电子结构，有利于扩展了石墨烯的应用范围。

目前，利用动物毛发、羽毛、蹄壳等屠宰废弃物来得到含硫和含氮石墨烯，并可运用到工业化大生产中；且具有周期短、高产率的制备了含硫氮石墨烯制备方法，来填补空白。

技术实现要素：

本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供了利用动物毛发制备含硫氮少层石墨烯的工业生产方法，能在较短的周期内制备得到高品质的含硫氮少层石墨烯，且产率高。

本发明的技术方案如下：

一种含氮少层石墨烯的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤一，将动物毛发置于稀盐酸漂洗过夜，凉干，粉碎过目筛，然后石墨烯粉末与粉碎的动物毛发混合研磨，得到石墨烯-动物毛发共混物；

步骤二，将步骤一得到的石墨烯-动物毛发共混物置于马弗炉中，先通氮气，加热到450-600℃，在此温度下保温12-24小时；慢慢降到室温获得含硫氮少层石墨烯初产物；

步骤三，取步骤二的含硫氮少层石墨烯初产物，用稀盐酸洗，乙醇洗，去离子水洗，直到水洗液为中性，真空干燥，获得含硫氮少层石墨烯；

进一步地，步骤一中稀盐酸的浓度为1-5％，石墨烯粉末与粉碎的动物毛发混合的重量比为1：1-25；

进一步地，步骤二中的石墨烯-动物毛发共混物置于马弗炉中升温速度为3-5℃/min；

进一步地，步骤三中真空干燥的温度为50-60℃，烘干时间15-20小时；

本发明提供的制备方法制备得到的含硫氮少层石墨烯具有良好的品质，xps表明得到的含硫氮少层石墨烯为2-5层。

本发明提供的制备方法中各步骤之间协同配合，共同作用最终得到了高产率的含硫氮少层石墨烯，且品质优良。

附图说明

图1是含硫氮少层石墨烯x射线光电子能谱。

图2是含硫氮少层石墨烯拉曼图谱。

图3是含硫氮少层石墨烯透射电镜图谱。

具体实施方式：

实施例1

称取1.5g石墨烯粉末放入研钵，然后加入1.5g动物毛发粉末，在研钵中电动快速搅拌2.0小时后，转移到马佛炉中，于室温通入氮气，通氮气速度为40毫升/min,保持通氮气速度慢慢加温，加温速度为3摄氏度/min,温度达到550摄氏度时，保持24小时；自然冷却至室温，取出产品用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次，然后再用去离子水洗至中性，获得固体物。真空干燥的温度为60℃，12小时。获得含硫氮少层石墨烯。

实施例2

称取1.5g石墨烯粉末放入研钵，然后加入15g动物毛发粉末，在研钵中电动快速搅拌2.0小时后，转移到马佛炉中，于室温通入氮气，通氮气速度为60毫升/min,保持通氮气速度慢慢加温，加温速度为5摄氏度/min,温度达到600摄氏度时，保持24小时；自然冷却至室温，取出产品用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次，然后再用去离子水洗至中性，获得固体物。真空干燥的温度为60℃，15小时。获得含硫氮少层石墨烯。

实施例3

称取1.5g石墨烯粉末放入研钵，然后加入25g动物毛发粉末，在研钵中电动快速搅拌2.0小时后，转移到马佛炉中，于室温通入氮气，通氮气速度为70毫升/min,保持通氮气速度慢慢加温，加温速度为5摄氏度/min,温度达到550摄氏度时，保持24小时；自然冷却至室温，取出产品用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次，然后再用去离子水洗至中性，获得固体物。真空干燥的温度为60℃，20小时。获得含硫氮少层石墨烯。

实施例4

称取1.0g石墨烯粉末放入研钵，然后加入25g动物毛发粉末，在研钵中电动快速搅拌2.0小时后，转移到马佛炉中，于室温通入氮气，通氮气速度为75毫升/min,保持通氮气速度慢慢加温，加温速度为4摄氏度/min,温度达到600摄氏度时，保持24小时；自然冷却至室温，取出产品用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次，然后再用去离子水洗至中性，获得固体物。真空干燥的温度为60℃，20小时。获得含硫氮少层石墨烯。

实施例5

称取5.0g石墨烯粉末放入研钵，然后加入25g动物毛发粉末，在研钵中电动快速搅拌2.0小时后，转移到马佛炉中，于室温通入氮气，通氮气速度为65毫升/min,保持通氮气速度慢慢加温，加温速度为5摄氏度/min,温度达到550摄氏度时，保持24小时；自然冷却至室温，取出产品用去离子水洗涤3次，再用乙醇洗涤3次，然后再用去离子水洗至中性，获得固体物。真空干燥的温度为60℃，20小时。获得含硫氮少层石墨烯。

对以上实施例制备得到的含氮少层石墨烯分别通过x射线光电子能谱(图1)、拉曼衍射(图2)和透射电镜(图3)等手段进行确认。

技术特征：

1.利用动物毛发制备含硫氮少层石墨烯的工业生产方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

步骤一将动物毛发置于稀盐酸漂洗过夜，凉干，粉碎过目筛，然后石墨烯粉末与粉碎的动物毛发混合研磨，得到石墨烯-动物毛发共混物；

步骤二将步骤一得到的石墨烯-动物毛发共混物置于马弗炉中，先通氮气，加热到450-600℃，在此温度下保温12-24小时；慢慢降到室温获得含硫氮少层石墨烯初产物；

步骤三取步骤二的含硫氮少层石墨烯初产物，用稀盐酸洗，乙醇洗，去离子水洗，直到水洗液为中性，真空干燥，获得含硫氮少层石墨烯。

2.根据权利要求1所述的含硫氮少层石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤一中动物毛发置于稀盐酸漂洗过夜，凉干后，粉碎过目筛(50-350目),石墨烯粉末与粉碎的动物毛发混合研磨混合液的的质量比为1：1-25。

3.根据权利要求1所述的含硫氮少层石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤二中的升温速度为3-5℃/min。

4.根据权利要求1所述的含硫氮少层石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤三中真空干燥的温度为50-60℃，烘干时间15-24小时。

5.根据权利要求1所述的含硫氮少层石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤三中稀盐酸浓度为1-5％。

技术总结
本发明公开了一种利用动物毛发制备含氮和硫的少层石墨烯的工业生产方法，先将石墨烯与动物毛发混合研磨，然后通过高温反应进行含硫氮石墨烯的制备，简单的分离获得含硫氮少层石墨烯。本发明提供的制备方法工艺简单，易于控制，同时可以实现工业化生产；制备得到的含硫氮少层石墨烯分散均匀，产率高，具有优良的性能。

技术研发人员：曾功昶;曾和平
受保护的技术使用者：曾功昶
技术研发日：2020.08.29
技术公布日：2021.07.27