在超臨界二氧化碳體系中處理廢棄塑料制備碳材料的研究.pdf

1、廢棄塑料產(chǎn)生的“白色污染”對生態(tài)環(huán)境和人類的生存帶來污染和多種潛在危害。對廢棄塑料進(jìn)行回收再利用，將會大大節(jié)約能源和原材料，緩解社會的生態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。由于塑料種類混雜，而目前的塑料分類技術(shù)效率太低，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的回收。因此，需要開發(fā)一種廣譜有效的工藝可以兼顧各種不同塑料的處理，并能生產(chǎn)出高附加值的碳材料，進(jìn)而可最大限度地利用廢棄塑料。在本論文中，筆者將超臨界二氧化碳(scCO2)體系用于廢棄塑料(主要是PET、PP、P

2、E)和廢棄油脂（地溝油）的回收處理以制備碳材料，并探討其作為鋰離子電池電極材料應(yīng)用的可行性。
　　 開發(fā)了一種在超臨界C02體系中處理廢棄PET制備碳微球的工藝。碳微球產(chǎn)物的石墨化程度、分散性和產(chǎn)率與反應(yīng)溫度及時(shí)間成正相關(guān)。最佳反應(yīng)條件是650℃反應(yīng)3h，碳微球產(chǎn)率可達(dá)28.0％。超臨界CO2體系中PET前驅(qū)物分解為聯(lián)苯、甲苯等小分子芳香烴，并進(jìn)一步脫氫碳化聚合生成碳微球結(jié)構(gòu)。制備的碳微球在電流100mA/g的條件下，首次放電容

3、量達(dá)504.9mAh/g，充電容量為258.5mAh/g，二十次循環(huán)后仍然可達(dá)初次放電的40％。通過混酸超聲濕氧化處理，可以使碳微球做成的電極20次循環(huán)后容量提高21.9％，預(yù)計(jì)高溫石墨化處理可使其儲鋰性能變得更好，有可能應(yīng)用于鋰離子電池電極。添加催化劑可改變產(chǎn)物的形貌。碳微球經(jīng)1500℃退火氧化處理后出現(xiàn)兩種形貌，層狀碳微球和各向同性的多孔結(jié)構(gòu)，反映了碳產(chǎn)物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差別。
　　 將廢棄聚烯烴PP或PE在scCO2體系中650

4、℃反應(yīng)3h均獲得分散均勻的碳微球產(chǎn)物，產(chǎn)率分別可達(dá)42.0％和43.5％。1500℃退火氧化處理可使碳微球變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)，這種碳微球只有這一種結(jié)構(gòu)。用Hummers方法進(jìn)一步氧化和退火后的碳微球產(chǎn)物變成橢球型層狀結(jié)構(gòu)，理論上分析了形成機(jī)制。
　　 開發(fā)了一種在scCO2體系下直接裂解廢棄食用油（地溝油）獲得碳微球的工藝技術(shù)，可以用于廢棄油類，地溝油等處理。碳微球產(chǎn)物呈球形、紡錘形或者卵形。600℃時(shí)，碳微球產(chǎn)率最高可達(dá)42.2wt

5、％，這時(shí)二氧化碳使用量為149。在1300-1500℃下進(jìn)一步真空退火后發(fā)現(xiàn)，碳微球內(nèi)部其實(shí)是由石墨碳層沿軸線層層堆疊而成。獲得這種層狀碳微球的最佳條件是在600℃下反應(yīng)6h，然后再將碳微球置于1500℃真空退火1-2h。這種碳微球和層狀多孔碳微球在電極，化學(xué)儲能，色譜分離技術(shù)和潤滑等領(lǐng)域有應(yīng)用潛力。
　　 分別用金屬鈉、鉀和鋰在480-500℃還原scCO2，制備了多孔碳材料，比表面積為110.9-571.6m29-1，孔徑3