一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法及其应用，通过该方法回收利用废聚氨酯泡沫材料具有简单直接的特点，且所得到的碳材料基体可直接或间接的应用于电极材料中。所述回收利用废聚氨酯泡沫的方法，包括如下步骤，1)预炭化处理：在惰性气体保护下，将废聚氨酯泡沫材料升温至350‑500℃，煅烧0.5‑24h，然后降温至室温，得到预炭化碳材料；2)炭化处理：在惰性气体保护下，将步骤1)得到的所述预炭化碳材料升温至800‑1600℃，煅烧0.5‑24h，得到碳材料基体。

Method for recycling waste polyurethane foam and its application

【技术实现步骤摘要】
一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法及其应用
本专利技术属于聚氨酯泡沫
，具体涉及一种回收利用的废聚氨酯泡沫的方法。
技术介绍
聚氨酯的发展已有近70年的历史，就聚氨酯应用广度而言，已跃居诸合成材料的首位，世界上聚氨酯的消费量基本上每十年就翻一番，其中以泡沫塑料居多。但与此同时,生产聚氨酯泡沫的工厂每年产生大量的边角料、模具溢料、废品,以及在聚氨酯泡沫的各应用领域中的废弃物，如报废汽车中的旧聚氨酯泡沫也需进行处理。而将废旧塑料进行回收再利用,既可减少环境污染,又能降低新制品生产成本,具有良好的社会效益和经济效益。一般说来，聚氨酯泡沫塑料的回收处理有粉碎法、物理回收、化学回收以及燃烧回收热能法。由于化学方法处理聚氨酯材料进行的回收利用需要花费很高的代价,所以目前日本几乎所有的聚氨酯泡沫的回收处理方法均采用了焚烧处理。公开号为CN103627024A“一种废旧聚氨酯的回收方法”中介绍将废旧聚氨酯在蒸气和热的共同作用下发生降解及裂解，产物通过冷却装置被冷却下来；收集经过冷却的液体，分离提纯，得到由酸、醇及其低聚物，异氰酸酯或填料等小分子的聚合原料和所用蒸气冷凝后的液体的混合物。公开号为CN106279760A“一种废旧聚氨酯的回收处理工艺”中通过将废旧聚氨酯粉碎成聚氨酯颗粒，然后将聚氨酯颗粒、水、抗氧化剂、分解剂以及催化剂加至反应釜中，在惰性气体的保护下，使其在盐浴中升温，最终得到二元胺、多元醇和二氧化碳；然后再将二元胺和多元醇进行分离。以上方法均为化学裂解法，流程较为复杂，实现工业化较为困难。r>
技术实现思路
基于传统的聚氨酯泡沫塑料的回收方法的种种弊端，本专利技术给出了一种不同的解决方案，通过该方法回收利用废聚氨酯泡沫材料具有简单直接的特点，且所得到的碳材料基体可直接或间接的应用于电极材料中。本专利技术为达到其目的，提供如下技术方案：本专利技术一方面一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法，包括如下步骤，1)预炭化处理：在惰性气体保护下，将废聚氨酯泡沫材料升温至350-500℃，煅烧0.5-24h，然后降温至室温(例如自然降温至室温)，得到预炭化碳材料；2)炭化处理：在惰性气体保护下，将步骤1)得到的所述预炭化碳材料升温至800-1600℃，煅烧0.5-24h，降温至室温，然后进行清洗和烘干，得到碳材料基体。本专利技术采用两步炭化法利用废聚氨酯泡沫材料制备碳材料基体。在煅烧处理过程中，小分子分解气化，大分子碳化，由于聚氨酯泡沫中异氰酸酯组分(如TDI、MDI和/或PMDI)均具有苯环结构，泡沫煅烧后转化为碳材料。该方法无需预处理工作，直接进行；对于含有机械杂质的废聚氨酯泡沫材料，只需在步骤1)中进行煅烧之前，去除机械杂质即可，机械杂质例如但不限于：泥砂、尘土、铁屑、纤维等；例如用乙醇、丙酮、二甲苯、环己酮、乙醚等溶剂浸泡废聚氨酯泡沫材料，具体的还可配合超声清洗，来去除机械杂质。本专利技术人发现，采用两段式升温炭化，所得碳材料基体作为电极材料使用时具有良好的充放电性能。本专利技术中，首先低温预处理，由室温升温至低温段350-500℃，该过程为除杂质的过程，如一些含氧官能团，该类官能团的消除需在500℃以下。经过步骤1)得到的碳材料石墨化程度较低，充放电性能较差，需要降至室温后，再由室温升温至高温段800-1600℃，并恒温煅烧一段时间，能加大碳材料的石墨化程度，增加孔隙率，提升比表面积。另外在高温段恒温0.5-24h，碳材料的sp2杂化程度就会提升，sp2杂化结构对材料电导率的提升有明显贡献。而若直接从室温升温至高温，采用一段式热处理工艺回收利用废聚氨酯泡沫材料，无法保证碳材料从一而终的升温速率，所得碳材料基体综合性能较差。优选实施方案中，步骤1)中，升温至350-500℃的升温速率为1-6℃/min；步骤2)中，升温至800-1600℃的升温速率为6-12℃/min。采用该优选升温速率，即在步骤1)的低温段350-500℃以较低的升温速率(1-6℃/min)升温，而在步骤2)的高温段800-1600℃以较快的升温速率(6-12℃/min)升温，这样能使得到的碳材料基体的碳材料杂质少，含氧官能团低，石墨化程度更优，比表面积更大，且孔隙率提升明显，最终碳材料的充放电性能更优。本申请专利技术人发现，在步骤1)的低温煅烧中，若煅烧温度低于350℃，含氧官能团及有机小分子去除不明显，杂质较多，制得的碳材料基体性能较差；而温度上限在500℃以下就足以消除含氧官能团，温度再高，如超过500℃，碳材料开始石墨化，具备一定充放电性能；但此时没有从室温以较快的升温速率开始升温至高温段，性能无法达到所需的理想水平。而在步骤2)的高温煅烧中，低于800℃煅烧，碳材料石墨化程度较低，sp2杂化程度提升不明显，制得的碳材料基体综合性能不佳；而温度高于1600℃是没必要的，此时石墨化程度已较高，sp2杂化结构也已经形成。步骤1)中，所用的废聚氨酯泡沫材料可以选自硬质泡沫、软质泡沫、半硬泡中的一种或多种。文中所述硬质泡沫、软质泡沫、半硬泡的含义为本领域技术人员所熟知的。按ISO标准的规定，压缩变形达50％后释压，其厚度与原厚度相比减少不超过2％者为软质泡沫塑料，大于lO％者为硬质泡沫塑料，介子2-10％者为半硬质泡沫塑料。也有以弹性模量作为区分标准的。凡在23℃和50％的相对湿度这一标准环境下，弹性模量大于686MPa者为硬质泡沫塑料；小于68.6Mpa者为软质泡沫塑料；介于68.6—686MPa者为半硬质泡沫塑料。步骤2)中，所述清洗为用水浸泡1-48h；所述烘干为在温度40-120℃下保温12-48h。本专利技术提供一种利用废聚氨酯泡沫制备杂质掺杂的碳化电极材料的方法，包括如下步骤：1a)按照上文所述的方法采用废聚氨酯泡沫材料制备所述碳材料基体；2a)将碳材料基体与一种或多种掺杂剂混合，在惰性气体保护下，经煅烧制得所述杂质掺杂的碳化电极材料。一些实施方案中，步骤2a)中，所述掺杂剂与所述碳材料基体的质量比为1:0.1-10，优选1:1-5:1；一些实施方案中，步骤2a)中，所述煅烧在500-1000℃下进行，升温速率为1-10℃/min，并煅烧0.5-24h。一些实施方案中，所述掺杂剂包括氮源和硼源中的一种或多种；优选所述氮源包括硫酸铵、硝酸铵、尿素、三聚氰胺、蛋白胨中的一种或多种，更优选尿素和三聚氰胺中的一种或两种；优选所述硼源包括氮化硼、三氧化二硼、硼酸中的一种或多种，更优选氮化硼。本专利技术还提供一种利用废聚氨酯泡沫制备多孔碳化电极材料的方法，包括如下步骤：1b)按照上文所述的方法采用废聚氨酯泡沫材料制备所述碳材料基体；2b)将碳材料基体与一种或多种造孔剂混合，在惰性气体保护下进行煅烧，经清洗后于60-100℃保温12-72h(例如烘箱中进行)，制得所述多孔碳化电极材料。一些实施方案中，步骤2b)中，所述造孔剂与所述碳材料基体的质量比为1:0.1-10，优选1:1-5:1；一些实施方案中，步骤2b)中，所述煅烧在5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，包括如下步骤，/n1)预炭化处理：在惰性气体保护下，将废聚氨酯泡沫材料升温至350-500℃，煅烧0.5-24h，然后降温至室温，得到预炭化碳材料；/n2)炭化处理：在惰性气体保护下，将步骤1)得到的所述预炭化碳材料升温至800-1600℃，煅烧0.5-24h，降温至室温，然后进行清洗和烘干，得到碳材料基体。/n

【技术特征摘要】
1.一种回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，包括如下步骤，
1)预炭化处理：在惰性气体保护下，将废聚氨酯泡沫材料升温至350-500℃，煅烧0.5-24h，然后降温至室温，得到预炭化碳材料；
2)炭化处理：在惰性气体保护下，将步骤1)得到的所述预炭化碳材料升温至800-1600℃，煅烧0.5-24h，降温至室温，然后进行清洗和烘干，得到碳材料基体。


2.根据权利要求1所述的回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，步骤1)中，升温至350-500℃的升温速率为1-6℃/min；
步骤2)中，升温至800-1600℃的升温速率为6-12℃/min。


3.根据权利要求1或2所述的回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，步骤1)中，所述废聚氨酯泡沫材料为去除了机械杂质的废聚氨酯泡沫材料。


4.根据权利要求1-3任一项所述的回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，步骤1)中，所用的废聚氨酯泡沫材料选自硬质泡沫、软质泡沫、半硬泡中的一种或多种。


5.根据权利要求1-4任一项所述的回收利用废聚氨酯泡沫的方法，其特征在于，步骤2)中，所述清洗为用水浸泡1-48h；所述烘干为在温度40-120℃下保温12-48h。


6.一种利用废聚氨酯泡沫制备杂质掺杂的碳化电极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1a)按照权利要求1-5任一项所述的方法采用废聚氨酯泡沫材料制备所述碳材料基体；
2a)将碳材料基体与一种或多种掺杂剂混合，在惰性气体保护下，经煅烧制得所述杂质掺杂的碳化电极材料；
优选的，步骤2a)中，所述掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋阔，庞德政，李雅迪，陈丁丁，高博，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37