一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法技术

本发明专利技术属于废弃塑料回收再利用领域，公开了一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法


[0001]本专利技术属于废弃塑料回收再利用领域，更具体地，涉及一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法
。

技术介绍

[0002]碳纳米管是一种具有特殊结构的一维纳米材料
。
一般地，碳纳米管径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级
。
碳纳米管由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管
。
层与层之间保持固定距离，约
0.34nm。
常用碳纳米管制备方法有电弧放电
、
激光烧蚀
、
化学气相沉积
、
固相热解
、
气体燃烧等
。
碳纳米管重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学
、
电学和化学性能
。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔应用前景也不断地展现出来，例如在超级电容器
、
催化剂载体
、
储氢材料
、
质子交换膜燃料电池
、
复合材料等领域
。
遗憾的是，碳纳米管两端通常都是封口的，碳纳米管的中空结构难以被利用，这就导致碳纳米管比表面积较低，因此应用于电化学领域时性能较低，比如用于锂离子电池时，碳纳米管储存锂离子能力较差，比容量较低
。
因此，制备特殊结构的碳纳米管引起了研究者巨大兴趣
。
[0003]与普通碳纳米管相比，中空空壁碳纳米管具有较低密度
、
较高存储或者吸附污染物的“空腔”、
可调形态
。
中空空壁碳纳米管内部“空腔”有利于反应物和产物扩散和转移，因而在催化剂载体
、
气体吸附分离
、
重金属离子和有机污染物吸附分离以及锂离子电池等领域有着独特优势
。
比如中空空壁结构的碳纳米管有望明显增强电化学性能，这是因为所产生的中空空间可以存储更多电荷，并通过适应充放电期间的大体积变化而大大提高稳定性，从而提高能量存储能力
。
传统的合成碳纳米管的方法是难以合成具有中空空壁结构的碳管的
。Pan
等采用碳纳米管为模板，将三氧化二铝沉积到碳纳米管表面，之后采用乙腈作为碳源，在氢气氛围中
(
氢气流速为
10
毫升
/
分钟；氩气流速为
110
毫升
/
分钟
)、1050
度下通过化学气相沉积方式，反应
30
分钟后，在三氧化二铝表面长上碳层，除掉三氧化二铝后就得到了具有中空空壁碳纳米管，它的锂离子性能是传统碳纳米管的两倍
(The creation of hollow walls in carbon nanotubes for high performance lithium ion batteries.Carbon 2018,133,384
‑
389)。
类似地，
Zhao
等将商业化的碳纳米管在
65
％浓硝酸中
140
度下回流反应6小时制备酸化碳纳米管，之后将其为模板，采用昂贵的四乙氧基硅烷为前驱体，在酸化碳纳米管表面沉积一层二氧化硅，之后沉积十八烷基三甲氧基硅烷，在氩气氛围中
、800
度下碳化1小时候能在二氧化硅上长出一层碳，然后再除去二氧化硅层，就能得到中空空壁碳纳米管；中空空壁碳纳米管在锂硫电池方面具有优异性能和稳定性，显著高于传统的碳纳米管，这得益于中空空壁结构
(Encapsulating MWNTs into hollow porous carbon nanotubes:a tube
‑
in
‑
tube carbon nanostructure for high
‑
performance lithium
‑
sulfur batteries.Advanced Materials 2014,26,5113
‑
5118)。
目前已报道的制备中空空壁碳纳米管方法存在明显缺陷，例如制备工艺繁琐
、
装置复杂
、
碳源和反应原料的价格高，难以实现中空空壁碳纳米管的规模化制备
。
因此，亟需一种低成本的
中空空壁碳纳米管制备技术
。
[0004]当今社会，塑料被广泛使用与我们生活的各个方面，推动人类社会的发展
。
塑料在使用完后，大部分塑料都变成了废弃塑料
。
治理废弃塑料对于环境保护和资源利用极为重要
。
传统的焚烧
、
填埋不能够满足当今可持续发展的要求
。
而物理回收适用的塑料种类有限
。
将廉价废弃塑料转化为碳材料是一种极具潜力的新方法
。
特别是，将废弃塑料制备碳纳米颗粒
、
碳纳米管
、
石墨烯和多孔碳引起了研究者的广泛兴趣
(
专利
ZL 201410219177.0
，
ZL 202110104197.3
，
ZL 202011474096.7
，
ZL 202110104197.3)。
这可以实现一箭双雕的目的，不仅为废弃塑料的升级化学回收提供新方法，推动“变废为宝”的可持续发展，助力实现“碳中和”，还为功能性碳材料的制备提供低成本制备方法
。
但是，将废弃塑料转化为中空空壁碳纳米管还尚未见报道
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的中空空壁碳纳米管制备工艺繁琐
、
装置复杂
、
碳源价格高
、
难以规模化制备的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其中通过对制备方法的反应参与物以及整体工艺流程设计进行改进，以废弃塑料为碳源，利用埃洛石纳米管催化废弃塑料碳化合成中空空壁碳纳米管，埃洛石纳米管同时作为催化剂和模板，能够有效得到中空空壁碳纳米管，制备方法便捷
、
成本低廉
。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术提供了一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](1)
将废弃塑料和埃洛石纳米管按质量比1：
(2
～
5)
混合，得到废弃塑料
‑
埃洛石纳米管混合物；
[0008](2)
将步骤
(1)
得到的废弃塑料
‑
埃洛石纳米管混合物，在保护性气体的气氛下加热至
500
～
900℃
并保温反应<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将废弃塑料和埃洛石纳米管按质量比1：
(2
～
5)
混合，得到废弃塑料
‑
埃洛石纳米管混合物；
(2)
将步骤
(1)
得到的废弃塑料
‑
埃洛石纳米管混合物，在保护性气体的气氛下加热至
500
～
900℃
并保温反应
10
～
90min
，冷却后即可得到中空空壁碳纳米管
‑
埃洛石纳米管复合物；接着，将氢氟酸水溶液与所述中空空壁碳纳米管
‑
埃洛石纳米管复合物混合进行反应，去除其中的埃洛石成分，即可得到中空空壁碳纳米管
。2.
如权利要求1所述利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述埃洛石纳米管的直径为
10
～
100nm
，长度为
100nm
～5μ
m
；所述混合具体是采用干法球磨
。3.
如权利要求2所述利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其特征在于，步骤
(1)
中，所述球磨所采用的转速为
100
～
600
转
/
分，球磨处理的时间为1～
10min。4.
如权利要求1所述利用废弃塑料制备中空空壁碳纳米管的方法，其特征在于，步骤
(2)
中，所述保护性气体为氮气
。5.
如...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚江，宫智，戴郅焜，韦乾宇，贾博，王慧悦，牛冉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：