废弃医用防护服制备的碳/金属杂化材料及其方法和应用

本发明属于固体废弃物回收再利用，具体涉及一种废弃医用防护服制备的碳/金属杂化材料及其方法和应用。

背景技术：

1、一次性医用防护服，是医护人员的作业着装，起到阻隔病菌和有害超细粉尘的作用。当一次性医用防护服使用之后，被收集起来作为医疗废弃物焚烧处理。一次性废弃医用防护服的主要成分为聚丙烯，从回收的角度看，高温焚烧一次性医用防护服主要是回收热量，但是焚烧过程中会产生有毒的“二噁英”气体，同时大量co2排放导致的“温室效应”，严重危害自然生态系统的平衡和威胁人类的居住环境。现有技术中针对废弃聚合物以及一次性医用材料的回收也有一定的成果。中国发明专利cn113651321b一种废弃聚合物衍生炭及其制备方法和应用，将废弃聚合物粉碎后和硫粉进行混合，得到混合粉料；再将所述混合粉料在惰性气体中程序升温炭化，得到废弃聚合物衍生炭。该方法以来源丰富、价格低廉的废弃聚合物和硫粉为原料，通过简单的热处理，实现了废弃聚合物向高附加值清洁能源材料的升级回收，且制备工艺简单适于大规模生产，具有超高的商业和社会应用价值。中国发明专利cn115043392a公开了一种利用废弃医用一次性防护服制备多孔碳纳米片的方法，以废弃医用一次性防护服为原料，mgo为模板，在高压反应釜中进行反应制得多孔碳纳米片，并且mgo模板可以循环利用，节约成本。因此，针对废弃医用防护服的回收以及高价值再利用，能够实现真正意义上的“变废为宝”，但是目前尚未有利用废弃医用防护服制备电磁波吸收材料的相关报道。

技术实现思路

1、本发明提供一种废弃医用防护服制备的碳/金属杂化材料及其方法和应用，制备的碳/金属杂化材料是介电损耗材料(碳材料)和磁损耗材料(fe、co、ni的单质)的集合体，由于碳材料的高导电性和磁性材料的高磁导率，形成多种损耗机制的协同作用，使碳/金属杂化材料表现出良好的电磁匹配性，因此可作为电磁波吸收材料应用。

2、本发明的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，包括以下步骤：

4、1)将废弃医用防护服放入碱性溶液中浸泡，再加入含多羟基结构的糖类，得到表面黏附有糖类的废弃医用防护服；

5、2)将表面黏附有糖类的废弃医用防护服浸泡在可溶性金属盐溶液中，金属离子与含多羟基结构的糖类上的羟基配位结合，随后将结合有金属离子的废弃医用防护服烘干；

6、3)在惰性气氛下将烘干后的废弃医用防护服催化碳化，即制得碳/金属杂化材料。

7、优选地，步骤1)中，所述含多羟基结构的糖类为单糖类、双糖类和多糖类，优选为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或果糖。

8、优选地，步骤1)中，碱性溶液为氨水溶液、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液；碱性溶液的ph值为8-12。

9、优选地，步骤1)中，废弃医用防护服与含多羟基结构的糖类的质量比为1:0.05-1，浸泡时间为3-5h。

10、优选地，步骤2)中，可溶性金属盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、氯化铁、氯化钴、氯化镍、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、硫酸铁、硫酸钴或硫酸镍。

11、优选地，步骤2)中，表面黏附有糖类的废弃医用防护服和可溶性金属盐的质量比为1:0.05-0.2。

12、优选地，步骤2)中，烘干温度为60-90℃.

13、优选地，步骤3)中，惰性气氛为氮气或氩气，催化碳化温度为650-850℃，升温速率为5-10℃/min。

14、第二方面，本发明提供了上述方法制备得到的碳/金属杂化材料。

15、第三方面，本发明还提供了上述方法制备得到的碳/金属杂化材料的应用，将碳/金属杂化材料用作电磁波吸收材料。

16、如图1所示，本发明利用废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的原理为：废弃医用防护服的主要成分为聚丙烯纤维布，表面疏水，很难吸附金属离子；而经过碱性溶液处理过的防护服表面带有少量的羟基，糖类的羟基与防护服表面的羟基通过氢键作用，使糖类均匀地包覆在防护服表面；同时，由于糖类含有大量羟基，可以通过配位作用吸附金属离子，因而大量的金属离子被固定到聚丙烯纤维布的表面作为其高温碳化的催化剂，糖类起到桥连作用来增加催化剂的负载量；聚丙烯分子链在650-850℃高温下，会降解断裂成小分子碳氢化合物，这些小分子碳氢化合物在金属催化剂(铁、钴和镍的化合物等)表面富集，脱氢芳构化后重排生成碳材料，同时金属离子与聚丙烯降解产生的还原性气体(如氢气、甲烷、丙烯等)反应转化为金属单质，因而最后收集到的产物为碳/金属杂化材料。石墨化结构的碳材料具有良好的导电性，铁、钴、镍的金属单质颗粒具有磁性，二者组合表现出良好的电磁匹配特性，因而制备的碳/金属杂化材料适合用于电磁波吸收材料。

17、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

18、1.本发明利用回收废弃医用防护服作为碳源制备碳/金属杂化材料，制备的碳/金属杂化材料是介电损耗材料(碳材料)和磁损耗材料(fe、co、ni的单质)的集合体，由于碳材料的高导电性和磁性材料的高磁导率，形成多种损耗机制的协同作用，使碳/金属杂化材料表现出良好的电磁匹配性，因此可作为电磁波吸收材料应用。与直接焚烧废弃医用防护服回收热量相比，本发明制备的产品附加值高，实现了真正意义上的“变废为宝”，而且回收过程减少了co2排放，减少了环境污染。

19、2.本发明具有原材料来源广泛、制备工艺简单、处理成本低、适合大批量生产、碳/金属杂化材料的产率高(最高产率高达41.2％)等优点。

20、3.本发明制备的碳/金属杂化材料，表现出优异的吸波性能，最小反射损耗为-47.66db(对应厚度为3.5mm)，最大有效吸收带宽为6.31ghz(对应厚度为3.5mm)。

技术特征：

1.废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤1)中，含多羟基结构的糖类为单糖类、双糖类和多糖类，优选为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖或果糖。

3.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤1)中，碱性溶液为氨水溶液、氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液；碱性溶液的ph值为8-12。

4.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤1)中，废弃医用防护服与含多羟基结构的糖类的质量比为1:0.05-1，浸泡时间为3-5h。

5.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤2)中，可溶性金属盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、氯化铁、氯化钴、氯化镍、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、硫酸铁、硫酸钴或硫酸镍。

6.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤2)中，表面黏附有糖类的废弃医用防护服和可溶性金属盐的质量比为1:0.05-0.2。

7.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤2)中，烘干温度为60-90℃。

8.如权利要求1所述的废弃医用防护服制备碳/金属杂化材料的方法，其特征在于，步骤3)中，惰性气氛为氮气或氩气，催化碳化温度为650-850℃，升温速率为5-10℃/min。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的碳/金属杂化材料。

10.如权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的碳/金属杂化材料的应用，其特征在于，将碳/金属杂化材料用作电磁波吸收材料。

技术总结
本发明公开了一种废弃医用防护服制备的碳/金属杂化材料及其方法和应用，属于固体废弃物回收再利用技术领域。包括以下步骤：1)将废弃医用防护服放入碱性溶液中浸泡，再加入含多羟基结构的糖类，得到表面黏附有糖类的废弃医用防护服；2)将表面黏附有糖类的废弃医用防护服浸泡在可溶性金属盐溶液中，金属离子与含多羟基结构的糖类上的羟基配位结合，再将结合有金属离子的废弃医用防护服烘干；3)在惰性气氛下将烘干后的废弃医用防护服催化碳化，即得碳/金属杂化材料。本发明实现了固体废弃物的高价值回收再利用，降低了环境污染和能源消耗；以废弃医用防护服为原料制得的碳/金属杂化材料具有优异的电磁特性，在电磁波吸收方面极具应用潜力。

技术研发人员：闻新,李翠,巴昭天,朱俊霖,马莉莉,郝春成,雷清泉
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15