一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置及其控制方法，其中，所述装置包括外接电源，装有电解液的电解槽，一端插入到所述电解液中的CFRP样品以及金属片，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸；所述CFRP样品的另一端与外接电源的正极连接，所述金属片的另一端与外接电源的负极连接。本发明专利技术提供的异相催化回收装置结构简单，成本低廉，且通过优化电流参数和催化剂浓度能够在较短的时间内从CFRP材料中回收到性能较佳的碳纤维丝。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置及其控制方法
本专利技术涉及CFRP材料回收领域，尤其涉及一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置及其控制方法。
技术介绍
碳纤维(carbonfiber，简称CF)，是一种含碳量95％以上的微晶石墨纤维材料。作为一种新兴的高性能纤维材料，碳纤维具有抗拉强度大(2到7GPa)、模量高(200到700GPa)、密度低(1.5～2.0g/cm2)、线膨胀系数小、可导电且电磁屏蔽性优异等物理优点，以及抗酸碱和有机溶剂腐蚀的化学优点。除此之外，碳纤维柔软可塑性强，耐超高温，耐疲劳性等优点，使其在新材料领域独树一帜。为了利用碳纤维丝体轻质高强的特性，碳纤维常与陶瓷、树脂、金属等结合成碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，以下简称CFRP)来补足其余材料在力学性能和抗疲劳性能上的缺陷。最初CFRP用于国防军事领域，例如战机机身的减重等；随着科技的发展，CFRP韧性耐腐蚀性强以及质量轻等许多优异性能被挖掘并开发，在航天航空、汽车材料、土木建筑、体育用品等工业和生产领域备受青睐。随着CFRP材料的应用日益增加，以及社会各界环保意识的增强、经济的可持续发展都要求对CFRP废料进行回收。对于碳纤维增强树脂基复合材料，高价值的碳纤维是回收的主要对象。现有的能回收到碳纤维原料的方法主要分为物理回收和化学回收两大范畴。物理回收主要依靠机械进行回收：通过分解、破碎、磨碎或其他类似机械手段减小复合材料尺寸来实现废料回收。机械法成本低、方法简单，但这种方法往往需要将原料的尺寸粉碎至5-10mm甚至更短，严重缩短碳纤维的长度，回收到的纤维性能严重下降，再利用价值降大大降低，只能用于填料或树脂增强体等低价值领域。而化学回收主要分为热处理和化学溶剂法两大回收方向：其中，热处理是在利用高温将废弃物变成一种或多种可回收物质的方法，是目前世界上唯一实现商业化运营的CFRP回收方法，主要包括真空裂解法、微波热解法、流化床法和有氧热解法等。真空裂解法一般需要500℃左右的真空条件，但所得碳纤维表面会有树脂残留。EdwardLester等的微波热解法则需要严格的氮气条件，在高温下8s内完成反应，猛烈的反应条件会损伤回收到的碳纤维，使其力学性能下降。流化床法的优点在于能获得表面干净的碳纤维，而且适用范围广，能够处理被污染的废料，但同样会削减CFRP的尺寸，并严重损失回收碳纤维的强度(25％-50％)，并且不能回收树脂分解产物。有氧热解法要结合氧气和适当高温的控制来达到有氧高效热解，而且不需要用到化学试剂，但对实验条件的控制非常苛刻，稍微控制不当会引起碳纤维丝的氧化，形成积炭残炭，影响表面和力学性能，还可能排放出有毒的气体。化学溶剂法则是利用溶剂将树脂进行分解，将树脂基体和增强体分离，在CFRP固化剂的化学成分和性质上下功夫，旨在有效率的分解环氧树脂。根据反应条件和所用试剂不同可以分为超/亚临界流体分解法、常压溶剂法等。超临界流体具有液体和气体综合特点，具有液体的密度和溶解性以及气体的粘度和扩散性，亚临界流体也具有超强的扩散性和溶解度，这两种流体可以直接溶解树脂固化材料，对碳纤维的性能影响较小，但依然会部分氧化碳纤维。常压溶剂法是在常压条件下，利用化学溶剂将CFRP中的树脂基体分解的常压化学溶剂法，有非常多的案例，例如Maekawa等以K3PO4为催化剂，苯甲醇为溶剂在200℃下反应10个小时分解网球拍中环氧树脂同时回收碳纤维；Yang等采用聚乙二醇(PEG)/NaOH体系在180℃下处理50min即可溶解酸酐固化的CFRP中的环氧树脂等。综上所述，热处理法均需要高温条件，并普遍需要高压条件，对设备要求较高，能耗较高，并会对回收产物的性能产生较大的不利影响。化学溶剂法高效便捷，较热解法对碳纤维丝性能的影响较小，但涉及到溶剂使用对环境的影响以及安全问题，现阶段主要作为探索材料性质的手段，而不容易做成大型产业。除此之外，以上回收方法为了仪器或其他条件的需要，往往需要采取削减CFRP尺寸的措施，虽不至于像物理回收那般粉碎原料，但也会造成回收的碳纤维丝长度大减，从而使其使用价值大减。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置及其控制方法，旨在解决现有从CFRP材料中回收碳纤维的技术存在成本较高、反应条件苛刻、设备要求较高，以及回收到的碳纤维性能较差、利用价值大幅降低的问题。本专利技术的技术方案如下：一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置，其中，包括外接电源，装有电解液的电解槽，一端插入到所述电解液中的CFRP样品以及金属片，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸；所述CFRP样品的另一端与外接电源的正极连接，所述金属片的另一端与外接电源的负极连接。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置，其中，所述电解液由去离子水、氯化钠和磷钨酸组成。一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：将CFRP样品和金属片的一端插入电解槽的电解液中，将CFRP样品和金属片的另一端分别与外界电源的正极和负极连接，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸，所述氯离子的浓度为20g/L；开启并控制所述外接电源，使所述CFRP样品反应区的电流密度为4.5-7.5A/m2，所述电流密度的大小根据所述CFRP样品暴露于所述电解液的表面积大小进行计算，电解反应预定时间后，从所述CFRP样品中回收得到碳纤维丝。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述电解液中磷钨酸的浓度为1-3g/L。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述电解液中磷钨酸的浓度为2g/L。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述CFRP样品反应区的电流密度为4.5A/m2。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述金属片为不锈钢片。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述电解反应时间为3天。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，所述CFRP样品为胺类物质固化的CFRP样品。所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其中，预先对所述CFRP样品的中间区域进行绝缘处理，并将CFRP样品划分成通电区、绝缘区以及反应区。有益效果：本专利技术提供的基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置包括外接电源，装有电解液的电解槽，一端插入到所述电解液中的CFRP样品以及金属片，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸，所述CFRP样品的另一端与外接电源的正极连接，所述金属片的另一端与外接电源的负极连接。本专利技术通过将CFRP样品连接至电路中并通电劣化树脂固化物，通过清洗的方式使树脂脱落，从而得到干净的碳纤维丝，所述电促进异相催化回收装置结构简单，成本低廉，且能够在较短的时间内从CFRP材料中回收到性能较佳的碳纤维丝。附图说明图1为本专利技术一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置较佳实施例的结构示意图。图2为本专利技术一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法较佳实施例的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置，其特征在于，包括外接电源，装有电解液的电解槽，一端插入到所述电解液中的CFRP样品以及金属片，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸；所述CFRP样品的另一端与外接电源的正极连接，所述金属片的另一端与外接电源的负极连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置，其特征在于，包括外接电源，装有电解液的电解槽，一端插入到所述电解液中的CFRP样品以及金属片，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸；所述CFRP样品的另一端与外接电源的正极连接，所述金属片的另一端与外接电源的负极连接。2.根据权利要求1所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置，其特征在于，所述电解液由去离子水、氯化钠和磷钨酸组成。3.一种如权利要求1-2任一所述基于CFRP材料的电促进异相催化回收装置的控制方法，其特征在于，包括步骤：将CFRP样品和金属片的一端插入电解槽的电解液中，将CFRP样品和金属片的另一端分别与外界电源的正极和负极连接，所述电解液中包含氯离子和磷钨酸，所述氯离子的浓度为20g/L；开启并控制所述外接电源，使所述CFRP样品反应区的电流密度为4.5-7.5A/m2，所述电流密度的大小根据所述CFRP样品暴露于所述电解液的表面积大小进行计算，电解反应预定时间后，从所述CFRP样品中回收得到碳纤维丝。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱继华，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44