一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种利用废旧轮胎制备碳材料方法及应用，采用本发明专利技术方法将废旧轮胎经过酸或碱活化后再600～800℃煅烧可获得高比表面积的碳材料，然后将碳材料制成正电极并与其他电池材料组装成锂电池或钠电池。应用本发明专利技术制成的碳材料组装的锂电池或钠电池在相同电流密度下，比电容比未做活化处理的高，且用碱活化处理所制得的碳材料制成的电池比电容较用酸活化处理所制得的碳材料制成的电池比电容高。本发明专利技术可扩展的废轮胎衍生碳作为锂电池的正极材料，具有成本低及良好的电化学稳定性；且废旧轮胎在高温下隔绝氧气进行煅烧，减少了轮胎燃烧时产生的大量有害气体，同时将煅烧后的产物转向新能源材料方面的应用，产生更多的环境和经济效益。

A method of preparing carbon materials from waste tires and its application

【技术实现步骤摘要】
一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法及应用
本专利技术涉及资源化利用
，具体涉及一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法及利用该方法所制得的碳材料在锂电池或钠电池上的应用。
技术介绍
随着经济水平的不断发展，全球汽车制造业也在突飞猛进的发展，不可避免的促进了轮胎行业的发展，使得人们对轮胎的需求量越来越大，从而导致了大量旧轮胎。在全球范围内，每年可产生大约15亿个废轮胎。但同时，大量的废旧轮胎占据了人们的生产生活空间，而且易产生蚊虫细菌，传播病菌，严重影响身心健康，而且极易引起火灾，造成环境污染，这些废旧轮胎的长期堆积对环境造成了严重的危害。废旧轮胎生产的高附加值产品将为回收利用带来更多机会工业并产生更多的环境和经济效益。废旧轮胎的几种处置途径一般有下面几种：①作为填充材料加入沥青和绝缘材料。②放入垃圾场进行填埋，但是轮胎由于其难降解的特性，需要数百年的时间才能分解，而且轮胎的尺寸越来越大，使填埋需要非常大的空间，并对周围的环境造成了严重的危害。③作为一些建筑材料或者将其应用于土木工程方向。④作为燃料进行燃烧。轮胎主要由天然橡胶、合成聚异戊二烯、丁二烯组成橡胶、丁苯橡胶、炭黑和添加剂组成，比煤具有更多的能量。但是与其它燃料类似的是，轮胎燃烧时产生的杂质较多，且会产生硫化物、氢化物，二噁英等对环境有害的物质。⑤热解，热解废轮胎是指在较高的温度下以及惰性气体的氛围中，将废旧轮胎转化为可燃性气体、液体产品化学原料和、焦炭以及活性炭前驱体，这个处理技术受到了很多的关注。热解技术在处理废旧轮胎时有一定的优势，但是由于轮胎的组成较为复杂，在应用时受到了很大的限制。其次，热解产生各种废气，造成二次污染因此如何减少在轮胎热解过程中的有害气体的排放和保证其他产物的广泛应用是我们要关注的重点。⑥翻新后再利用。因此，在减少环境危害以及更好的利用废旧轮胎处理后的衍生物的前提下，急需寻找一种废旧轮胎资源化利用方法。
技术实现思路
为了更好的资源化利用废旧轮胎处理后的产物，而提供一种废旧轮胎资源化利用方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，具体包括如下步骤：将废旧轮胎进行活化处理；将活化处理后的废旧轮胎置于600℃～800℃的惰性气体中煅烧，得到碳材料。碱活化机理：在高温煅烧下，碱与废旧轮胎中的碳材料发生反应，使部分碳以小分子形式逸出，逐渐形成微孔，从而使煅烧后的碳材料具有较多的孔隙。酸活化机理：由于酸的催化降解作用，促使废旧轮胎中的生物质碳小分子化，然后在高温煅烧作用下形成气体溢出废旧轮胎形成孔，从而使煅烧后的碳材料具有较多的孔隙。经过这两者活化均可获得较高比表面积的碳材料。进一步地，所述活化处理为使用酸浸渍12h，所述酸与废旧轮胎的质量比为3:1。进一步地，所述酸为质量分数为85％的磷酸或质量分数为98％的硫酸。进一步地，所述活化处理为使用碱浸渍12h，碱浸渍后还需水洗至中性并烘干，所述碱与废旧轮胎的质量比为3:1。进一步地，所述碱为摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾。本专利技术另一目的在于提供一种利用上述方法制得的碳材料在锂电池或钠电池中正电极材料上的应用。进一步地，所述锂电池或钠电池的制备方法为：将所述碳材料与导电剂、粘接剂、溶剂混合均匀形成分散液，然后将分散液涂于铜箔上，100～120℃下真空干燥，获得正电极材料；然后将所述正电极材料与其他电池材料组装成锂电池或钠电池，所述锂电池或钠电池为半电池或全电池。进一步地，所述导电剂为导电炭黑，粘结剂为聚偏氟乙烯，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。所述N-甲基吡咯烷酮作为粘结剂的溶剂，使碳材料和导电剂能够在粘结剂的溶剂中分散均匀，保证不能太稀。进一步地，所述碳材料与粘结剂的质量比为(8～9):1:1。有益技术效果：本专利技术涉及废旧轮胎的资源化利用，采用本专利技术方法将废旧轮胎经过酸或碱的活化处理后再经600～800℃高温煅烧可获得较高比表面积的碳材料，然后将碳材料制成正电极并与其他电池材料组装成锂电池或钠电池。应用本专利技术制成的碳材料组装的锂电池或钠电池在相同电流密度下，比电容比未做活化处理的高，且用碱活化处理所制得的碳材料制成的电池比电容较用酸活化处理所制得的碳材料制成的电池比电容高。本专利技术可扩展的废轮胎衍生碳作为锂电池的正极材料，具有成本低及良好的电化学稳定性；且废旧轮胎在高温下隔绝氧气进行煅烧，减少了轮胎燃烧时产生的大量有害气体，同时将煅烧后的产物转向新能源材料方面的应用，产生更多的环境和经济效益。附图说明图1为实施例1利用废旧轮胎制得的碳材料的SEM图。图2为实施例3利用废旧轮胎制得的碳材料的XRD图。图3为实施例1锂电池在200mA/g电流密度下循环100圈的性能图。图4为实施例1锂电池在500mA/g电流密度下循环300圈的性能图。图5为实施例1锂电池在1000mA/g电流密度下循环450圈的性能图。图6为实施例1锂电池的倍率性能图，图中数字200、500、1000、2000分别代表电流密度，单位mA/g。图7为实施例3锂电池在200mA/g电流密度下循环100圈的性能图。图8为实施例3锂电池在500mA/g电流密度下循环300圈的性能图。图9为实施例3锂电池在1000mA/g电流密度下循环500圈的性能图。图10为实施例3锂电池的倍率性能图，图中数字200、500、1000、2000分别代表电流密度，单位mA/g。图11为实施例5组装的全锂电池在100mA/g电流密度下的循环性能图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例进一步描述本专利技术，但不限制本专利技术范围。实施例1一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，具体步骤为：(1)将废旧轮胎用去离子水，无水乙醇洗净，置于50℃的普通烘箱中烘干，将废旧轮胎破碎成片状，再用高速粉碎机粉碎，将粉碎后的废旧轮胎与质量分数为85％的磷酸按照1:3的质量比浸渍12h后，分别在氮气氛围中置于800℃的管式炉中进行煅烧2h，得到碳材料。(2)正电极材料的制备：取上述碳材料称取80mg、导电剂superP10mg、粘接剂聚偏氟乙烯10mg，进行混合，研磨15min，滴加适量N-甲基吡咯烷酮，继续研磨，使碳材料和导电剂分散均匀形成分散液，将上述分散液用刮刀均匀地涂在铜箔上，110℃真空干燥12h，获得正电极极片。(3)锂电池的组装：以金属锂片为对电极,在充满氩气的手套箱中制作2016型纽扣电池，隔膜采用普通celgard2400隔膜，电解液采用体积比为1:1的LiPF6/EC:DEC。对步骤(1)所得的碳材料进行比表面积测试和扫描电子显微镜观察，测得本实施例的比表面积为40.35m2/g；SEM如图1所示，由图可知，在样品表面可以明显看到分布不均匀的微孔，呈颗粒状。将所制得的2016型纽扣电池置于蓝电测试系统，测试电池性能。在200mA/g、500mA/g、1000mA/g、2000mA/g的电流密度下测试电池的性能，如图3、图4、图5所示，在200mA/g电流密度下循环100圈后的比电容和效率分别为450mAh/g、99.22％，在500mA/g电流密度下循环300圈后的比电容和效率分别为420mAh/g、99.46％，在1000mA/g电流密度下循环450圈后的比电容和效率分别为410mAh/g、99.17％。锂电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将废旧轮胎进行活化处理；将活化处理后的废旧轮胎置于600℃～800℃的惰性气体中煅烧，得到碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：将废旧轮胎进行活化处理；将活化处理后的废旧轮胎置于600℃～800℃的惰性气体中煅烧，得到碳材料。2.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，其特征在于，所述活化处理为使用酸浸渍12h，所述酸与废旧轮胎的质量比为3:1。3.根据权利要求2所述的一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，其特征在于，所述酸为质量分数为85％的磷酸或质量分数为98％的硫酸。4.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法，其特征在于，所述活化处理为使用碱浸渍12h，碱浸渍后还需水洗至中性并烘干，所述碱与废旧轮胎的质量比为3:1。5.根据权利要求4所述的一种利用废旧轮胎制备碳材料的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开龙，王迪，程世昌，刘生财，窦雨琴，黎文浩，陈伟函，江钰，王良彪，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32