[发明专利]Fe-Mn陶瓷膜催化剂及其用于热转化废弃塑料为碳纳米材料的应用

说明书

本发明公开了一种Fe‑Mn陶瓷膜催化剂及其用于热转化废弃塑料为碳纳米材料的应用，属于催化剂技术领域。它由多孔陶瓷膜、负载在多孔陶瓷膜表面的纳米铁及纳米锰组成，纳米铁占催化剂的质量百分比含量为5～10％，纳米锰占催化剂的质量百分比含量为1～5％。该催化剂能够将40～60％的废弃塑料反应成为碳纳米材料，其中，碳纳米管占80％以上，所述碳纳米管的直径为10～100nm，长度为5～50um。

技术领域

本发明涉及热解塑料中的催化剂，属于催化剂技术领域，具体地涉及一种Fe-Mn陶瓷膜催化剂及其用于热转化废弃塑料为碳纳米材料的应用。

背景技术

塑料产品在各行业的大规模使用，导致大量的废塑料产生，每年废塑料制品的产生量大约是塑料产品产量的70％，在一些国家废塑料大约占城市垃圾量的10％，全球废弃塑料量也已经达到四千万吨，已成为全世界的“白色污染”，塑料有许多种分类方法，根据加热后的性能变化，可分为热塑性热塑性塑料和热固性塑料两大类。塑料制品一般具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、易加工等特点，可作绝缘材料、建筑材料及各种工业的构造材料和零件，也可作各种日用品。市场是使用较多的是以下几种塑料制品，聚乙烯(PE)约占46％；聚丙烯(PP) 约占28％；聚苯乙烯(PS)约占18％等。

目前，废弃塑料的常见处理方法有掩埋、焚烧、物理回收、化学处理等，其中，化学处理包括催化降解及热解气化等；热解气化代表了当今世界废旧塑料处理技术的发展方向，被认为是当前最好的废旧塑料回收利用方法之一，废旧塑料制品中的高分子键在热能作用下发生断裂，得到低分子量的化合物，分解后，它生成链长、结构无一定规律的低分子化合物；在适当的温度、压力和催化剂条件下，热解产生的低分子化合物的链长和结构可被限制在一定范围内，利用这一性质，可以生产出高质量的汽油和柴油；而塑料的气化是在更高的温度下，利用水蒸汽或者CO₂等气化剂，把碳氢化合物转化为短链的CH₄、 H₂、CO或者C₂H₆、C₂H₄等，由于气化的选择性较低，为了提高其选择性，往往采用催化气化的方法，而实际上，在定向气化过程中，催化剂的选择是一个关键因素。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种可以催化裂解废弃塑料的催化剂及将其用于热转化废弃塑料为碳纳米材料。

为实现上述目的，本发明公开了一种Fe-Mn陶瓷膜催化剂，它由多孔陶瓷膜、负载在所述多孔陶瓷膜表面的纳米铁及纳米锰组成，所述纳米铁占催化剂的质量百分比含量为5～10％，所述纳米锰占催化剂的质量百分比含量为1～5％，余量为多孔陶瓷膜。

进一步地，所述多孔陶瓷膜的孔径为200nm～1mm。

再进一步地，所述纳米铁由Fe₂O₃组成。

更进一步地，所述纳米锰由Mn₂O₃组成。

本发明还公开了采用上述Fe-Mn陶瓷膜催化剂用于热转化废塑料为碳纳米材料的应用。

具体的催化反应在反应炉中进行，所述反应炉包括由上至下依次分别设置的热解炉和催化反应炉，所述热解炉的内部和催化反应炉的内部保持相通且均处于真空状态，具体的催化反应包括如下步骤：

1)废弃塑料的预处理：取废弃塑料经清洗、干燥及粉碎后得到粒度小于1cm的塑料固体，所述废弃塑料的材质为PVC、PE、PP、 PS或PPS中的一种或一种以上的混合物；