【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚烯烃回收利用，更具体地，涉及一种催化聚烯烃碳化制备高质量碳纳米管的方法。
技术介绍
1、碳纳米管具有由六边形的石墨片围绕中心轴以特定的角度螺旋而成的中空管状结构。碳纳米管具有比表面积大、导电性高、机械强度高、热学、电磁学等性质以及在各领域中独有的潜在的使用价值，成为化学、物理等学科的研究重点，引起了科学界的广泛关注。近年来，塑料作为主要的聚合物材料，在化学、建筑、电子领域和医学等方面都有广泛应用。然而，塑料制品的广泛使用的同时，不可避免地产生了大量废弃塑料。废弃塑料由于化学稳定性好，不易降解，在自然环境条件下，能存在很长的时间，对生态环境造成了严重的破坏。所以，废弃塑料的回收处理及再利用问题已经迫在眉睫。聚烯烃类塑料制品作为塑料制品中占比最大的一类产品，主要包括聚乙烯和聚丙烯两大类。聚烯烃主要由碳和氢元素组成，而碳元素的含量高达85.7％。因此，利用聚烯烃作为碳源制备高附加值的碳纳米管是一种极具潜力的废弃聚烯烃回收途径。
2、中国科学院长春应用化学研究所唐涛课题组提出氧化镍与有机改性蒙脱土组合催化剂催化聚乙烯碳化制备碳纳米管的策略。其中，有机改性蒙脱土是降解催化剂，促进聚乙烯降解生成大量的小分子碳氢化合物和芳烃化合物；氧化镍是成碳催化剂，催化这些小分子碳化生成碳纳米管，产率最高为56.5wt％(striking influence of chain structureof polyethylene on the formation of cup-stacked carbon nanotubes/car
3、英国利兹大学williams课题组采用裂解-水蒸气重整技术，利用负载镍催化剂将废弃塑料转化为碳纳米管(processing real-world waste plastics by pyrolysis-reforming for hydrogen and high-value carbon nanotubes.environment sciencetechnology 2014,48,819-826)。该方法的缺点是催化剂效率低、容易失活，不利于碳纳米管生长，且碳纳米管的产率低(小于40％)、形貌差。
4、东北林业大学宋荣君课题组采用ni-mo-mg作为催化剂，催化废弃塑料碳化制备碳纳米管，虽然产率有较大提高，最高可达58％。但是碳纳米管形貌不均一，除了传统的直的碳纳米管，还生成螺旋碳纳米管副产物(synthesis of carbon nanotubes frompolypropylene in the presence of ni/mo/mgo catalysts via combustion.chemistryletter 2011,40,1110-1112)。此外，他们加入炭黑作为助催化剂提高碳纳米管产率(universal ni-mo-mg catalysts combined with carbon blacks for the preparationof carbon nanotubes from polyolefins.journal applied polymer science.2017,56,11734-11744)。该方法的缺点是难以将炭黑从碳纳米管产物中分离从而得到高纯度的碳纳米管。
5、综上所述，尽管报道了多种催化剂，将废弃塑料碳化制备碳纳米管，但是碳纳米管产率低。另外，需要加入辅助催化剂，需要使用氢氟酸去除催化剂，导致工艺繁琐；或者碳纳米管的形貌不均一，还有螺旋碳纳米管副产物；或者残存其它形式的碳产品。因此，开发新型高效催化剂，实现废弃聚烯烃高效碳化，制备形貌均一的高质量碳纳米管极其重要。
技术实现思路
1、针对以前报道的技术存在的缺陷和问题，本专利技术提供了以聚烯烃为碳源，ni-mo-al为催化剂，制备高质量碳纳米管的方法。本专利技术将废弃聚烯烃与ni-mo-al催化剂混合，再将混合物放入加热中，随后发生聚烯烃降解以及降解产物碳化生成碳纳米管。具体而言，聚烯烃在高温下降解生成小分子碳氢化合物。随后ni-mo-al催化剂发生还原反应生成单质镍，单质镍催化降解产物进行脱氢、环化、芳构化等反应，接着在单质镍表面沉积析出碳，并逐渐生长为碳纳米管。此外，ni-mo-al催化剂还能够减少无定形碳的生成，从而提高单质镍的活性，并降低单质镍溶解碳的能力，从而制备直径较小且形貌均一的碳纳米管。本专利技术具有碳源廉价易得、制备方法简便等优点，实现废弃聚烯烃的升级化学回收以及碳纳米管的可控制备，有效解决城市和工业废弃聚烯烃再利用难题。
2、根据本专利技术的目的，提供了一种催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，包括以下步骤：
3、(1)将镍盐、钼盐和铝盐充分混匀后，再加入有机醇，充分研磨后进行加热，得到催化剂；
4、(2)将步骤(1)得到的催化剂与聚烯烃混合后，再进行加热，使得聚烯烃降解生成小分子碳氢化合物，然后所述催化剂催化该小分子碳氢化合物进行脱氢、环化和芳构化反应，使得所述催化剂表面沉积析出碳，并逐渐生长为碳纳米管。
5、优选地，所述镍盐为硝酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述钼盐为钼酸铵；所述铝盐为硝酸铝、碳酸铝或草酸铝。
6、优选地，所述有机醇为聚乙二醇或乙二醇。
7、优选地，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯或者聚异丁烯。
8、优选地，步骤(1)中，所述加热的温度为200℃～400℃，时间为15min～60min。
9、优选地，步骤(2)中，所述加热的温度为600℃～950℃。
10、优选地，步骤(1)中，所述镍盐、钼盐和铝盐三者中镍元素、钼元素和铝元素之间的物质的量之比为(4-8)：(0.1-0.8)：(0.5-3)。
11、优选地，步骤(2)中，所述聚烯烃与催化剂的质量比为(80～95)：(5～20)。
12、优选地，步骤(2)中，所述聚烯烃为废弃聚烯烃。
13、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
14、(1)本专利技术制备的ni-mo-al催化剂中添加了钼和铝元素来改善镍催化剂催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的产率，最高可达>80％。相比于现有技术采用未掺杂的氧化镍作为催化剂制备碳纳米管过程中，催化剂容易毒化失去活性。本专利技术中，ni-mo-al催化剂中钼和铝的存在，不仅本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述镍盐为硝酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述钼盐为钼酸铵；所述铝盐为硝酸铝、碳酸铝或草酸铝。
3.如权利要求1或2所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述有机醇为聚乙二醇或乙二醇。
4.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯或者聚异丁烯。
5.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为200℃～400℃，时间为15min～60min。
6.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加热的温度为600℃～950℃。
7.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐、钼盐和铝盐三者中镍元素、钼元素和铝元素之间的物质的量之比为(4-8)：(0.1-0.8)：(0.5-3)。>
8.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚烯烃与催化剂的质量比为(80～95)：(5～20)。
9.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚烯烃为废弃聚烯烃。
...【技术特征摘要】
1.一种催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述镍盐为硝酸镍、碳酸镍或草酸镍；所述钼盐为钼酸铵；所述铝盐为硝酸铝、碳酸铝或草酸铝。
3.如权利要求1或2所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述有机醇为聚乙二醇或乙二醇。
4.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯或者聚异丁烯。
5.如权利要求1所述的催化聚烯烃碳化制备碳纳米管的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热的温度为200℃～400℃，时间为15min～...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚江，许梦杰，王慧悦，温雪莹，韦乾宇，刘华健，佘焱，胡桂新，牛冉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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