一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，本发明专利技术涉及固废处理及资源化利用技术领域。该方法包括以下步骤：将废弃塑料清洗并剪碎，得到预处理废弃塑料；将基底材料和预处理废弃塑料依次置于等离子体系统的石英管中，加热，然后通入氩气，进行等离子体沉积，即在基底上制得垂直石墨烯纳米片阵列。本发明专利技术以常见的废弃塑料为原料，利用等离子体技术，快速制备出附加值高的石墨烯纳米片阵列，石墨烯纳米片阵列的生长基底来源广泛。本发明专利技术解决了现有技术中废弃塑料回收价值低的问题。低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法


[0001]本专利技术涉及固废处理及资源化利用
，具体涉及一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法。

技术介绍

[0002]塑料一般是以小分子为单体，通过聚合反应生成的高分子材料。塑料制品由于来源广泛、使用便捷、性能优良、易于加工和价格低廉等特点，被人们广泛应用于包装、建筑、汽车制造和医疗器械等各个领域。1950年，塑料的全球产量为20
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105t，而2015年塑料的全球产量已经高达3.8
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108t，并且预计2050年将超过5亿吨。目前，世界上最大的塑料生产国和消费国是中国。2020年我国塑料制品产量约为7603万吨，表观消费量约为1.3亿吨。预计到2025年，我国产生的塑料垃圾将超过1700万吨，成为世界上最大的塑料垃圾生产国。常见的废弃塑料如聚乙烯、聚丙烯等，具有优良的耐久性和耐分解性，在自然界完全降解需要200
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500年。由于使用量大、平均使用周期短和不合适的后处理手段，废弃塑料在生活中变得越来常见，对人类生活的影响也越来越大。全球每年有480
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1270万吨的实塑料流入大海，并随着洋流扩散到全球各地。另外，塑料会在自然界的作用下，如太阳光照射、生物降解和风化作用逐渐降解成微型或者纳米颗粒，这些纳米颗粒能够吸附环境中的重金属、病原体和有机污染物，并最终通过食物链威胁到人类的生命健康。
[0003]目前，废弃塑料的处理方法主要是填埋、焚烧、机械循环和化学循环。填埋法占用土地资源且有毒物质易渗出造成土地及地下水的污染；焚烧可将塑料直接燃烧或者制备成垃圾衍生燃料后发电，无序燃烧会产生多环芳烃、一氧化碳甚至多氯联苯、二噁英等有毒气体，造成严重的大气污染；机械循环主要涉及塑料的一级回收和二级回收，一级回收是指将未受污染的塑料进行简单回收利用，二级回收是指废弃塑料经过收集、分类清洗干燥破碎熔融和造粒等过程被直接加工成新塑料，该方法对原料纯度要求高，无法很好的处理混合或受污染的生活塑料垃圾；化学循环(chemical recycling)是指通过化学手段将废弃塑料转化为小分子(通常为气体或液体)的技术，这些小分子可进一步转化为相关石化产品或塑料原料，该方法大致上可分为热裂解、催化热解和化学解聚。因此，发展更加简单高效的回收方式，将废弃塑料高值化利用具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，以解决现有技术中废弃塑料回收价值低的问题。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，包括以下步骤：
[0006](1)将废弃塑料清洗并剪碎，得到预处理废弃塑料；
[0007](2)将基底材料和步骤(1)制得的预处理废弃塑料依次置于等离子体系统的石英管中，加热，然后通入氩气，进行等离子体沉积，即在基底上制得垂直石墨烯纳米片阵列。
[0008]本专利技术的有益效果为：废弃塑料的主要成分是高分子有机物，如聚乙烯和聚丙烯，这些高分子在420℃左右开始分解，分解的产物一般为甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和短链的烃类，这些有机物可以作为生长垂直石墨烯的原料。在电场的作用下，这些有机物会发生裂解生成成核位点，成核位点会在具有悬键的基底表面形成缓冲层，在应力或者局部电场的影响下，碳原子和缓冲层上的成核位点不断合并，并在垂直方向上生长，当生长到一定程度后，受限于等离子体的刻蚀效应，垂直石墨烯纳米片的边缘发生闭合，生长停止。
[0009]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0010]进一步，步骤(1)中，废弃塑料为矿泉水瓶、塑料袋和口罩中至少一种。
[0011]进一步，步骤(2)中，基底材料为硅片、碳布、碳纸、泡沫镍、泡沫铜或钛箔。
[0012]进一步，步骤(2)中，加热至400
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600℃。
[0013]进一步，步骤(2)中，氩气流量为10
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30sccm。
[0014]进一步，步骤(2)中，等离子体沉积2
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5min。
[0015]进一步，步骤(2)中，等离子体沉积功率为300
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700W。
[0016]进一步，步骤(2)中，将预处理废弃塑料置于石英坩埚中，然后将石英坩埚置于等离子体系统的石英管中。
[0017]本专利技术还提供上述方法制得的垂直石墨烯纳米片阵列。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术以常见的废弃塑料为原料，利用等离子体技术快速制备出附加值高的的石墨烯纳米片阵列，同时，石墨烯纳米片阵列的生长基底来源广泛。
[0020]2、本专利技术制得的石墨烯纳米片阵列具有诸多优点：与基底有效键合并不易被剥离；化学、热和机械稳定性强；超大比表面积；大量具有化学反应活性的石墨烯刃边；具有比其他三维结构更容易使电解液浸润的开放式多孔结构；高导电率等。由于这些优异的性质，垂直生长的石墨烯阵列结构是最理想的电化学反应电极或其他活性材料在电化学反应中的理想载体之一。
附图说明
[0021]图1为实施例1
‑
4制得的垂直石墨烯纳米片阵列的拉曼光谱图；
[0022]图2为实施例1制得的垂直石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0023]图3为实施例2制得的垂直石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0024]图4为实施例3制得的垂直石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0025]图5为实施例4制得的垂直石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0026]图6对比例1制得的石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0027]图7对比例2制得的石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0028]图8对比例3制得的石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图；
[0029]图9对比例4制得的石墨烯纳米片阵列的扫描电镜图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条
件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0031]实施例1：
[0032]一种垂直石墨烯纳米片阵列，其制备方法包括以下步骤：
[0033](1)将废弃塑料矿泉水瓶清洗并剪碎，得到预处理废弃塑料；
[0034](2)步骤(1)制得的预处理废弃塑料置于石英坩埚中，然后将基底材料碳布和石英坩埚依次置于等离子体系统的石英管中，加热至500℃，打开等离子体的电源，将功率控制为500W，向石英管中通入氩气，氩气的流量为20sccm，进行等离子体沉积3min，即在基底上制得垂直石墨烯纳米片阵列。
[0035]实施例2：
[0036]一种垂直石墨烯纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将废弃塑料清洗并剪碎，得到预处理废弃塑料；(2)将基底材料和步骤(1)制得的预处理废弃塑料依次置于等离子体系统的石英管中，加热，然后通入氩气，进行等离子体沉积，即在基底上制得垂直石墨烯纳米片阵列。2.根据权利要求1所述的将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，其特征在于，步骤(1)中，废弃塑料为矿泉水瓶、塑料袋和口罩中至少一种。3.根据权利要求1所述的将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，其特征在于，步骤(2)中，基底材料为硅片、碳布、碳纸、泡沫镍、泡沫铜或钛箔。4.根据权利要求1所述的将废弃塑料转化为垂直石墨烯纳米片阵列的方法，其特征在于，步骤(2)中，加热至400
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600℃。5.根据权利要求1所述的将废弃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永起，李晨，夏新辉，周柳江，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：