[发明专利]一种从塑料中提取碳材料的方法及设备

说明书

本发明提出了一种从塑料中提取碳材料的方法及设备，该方法是在至少一种熔融盐(如NaCl)中对至少一种塑料材料(如聚对苯二酸盐)进行热处理达到熔融盐的熔点之上形成纳米结构碳材料，其中盐处于熔融状态，碳质材料将受到保护免受氧化；其次，熔盐促进了碳材料的进一步石墨化，其产物为具有高导电性和高表面积的纳米石墨微片；该方法为生产导电碳材料提供了简单、经济、高效的方法。它还通过将几乎不可降解的塑料废物转化为高价值的导电碳材料，对环境产生了显著的积极影响。

技术领域

本发明属于碳材料制备领域，涉及一种从塑料中提取碳材料的方法。具体为生成高导电性和高表面积的纳米石墨化碳的方法。

背景技术

塑料在2016年全球产量达3.35亿吨，由于生产成本低、耐用性、密度低、耐化学性强、空间稳定性低等，在现代生活中越来越多地应用于各种结构应用。

聚对苯二酸酯((C₁₀H₈O₄)_n，PET)是最常用的塑料，由于其可承受的成本、优良的机械性能、屏蔽性能和高透明度，通常被用作瓶装液体和其他食品的容器。它的抗辐射特性也用于核电站和核设备的绝缘材料和核跟踪探测器。

事实上，不断增长的对瓶装水的需求，使全球每年的塑料瓶消费量达到了500亿美元左右。只有大约9％的新水瓶中未利用的塑料被回收，大约80％的旧水瓶会被填埋或投放海洋中。因此，投入海洋中的塑料约有上亿万吨，塑料的微结构被鸟类、鱼类和其他生物摄取，并最终被人类以海鲜形式吃掉，形成了一个全球废物管理和环境危机严重，当前的气候变化也许经历着相同级别的后果。目前，在20年的时间里，全球使用的塑料累积量约为12000万吨。

考虑到PET的自然退化需要很长时间，可能在几百年的时间里，它的循环或转化是至关重要的。作为碳氢化合物，塑料具有高热量值，因此被广泛认为是产生H₂和合成气的潜在原料。另一方面，由于其具有约45％的高碳含量，而且缺乏无机成分，PET可以被认为是高纯度固体碳材料的可靠来源。值得一提的是，由于碳材料在能源存储系统、导电复合材料和太阳能采集等不同领域的应用日益增多，具有较高表面积和导电性的碳材料具有重要意义。

在一些传统的碳纳米材料生产方法中，PET已经被用作碳源。在氮气气氛下加热切碎的矿泉水瓶子到815℃，生成黑色的高碳聚合物，随后将其填入空心碳管，在旋转阴极电弧放电设备上作为阳极，这是传统上用于制备多壁碳纳米管(MWCNTs)的方法。在烟灰中阳极和阴极加热温度约为1700-2600℃的不同区域，形成纳米尺度的碳球和MWCNTs。

为证实在传统化学汽相淀积(CVD)增长方法中使用PET作为碳源的可行性(C.LiuandHui-Ming Cheng,Carbon nanotubes:controlled growth and application,Materials Today 16(2013)19-28.)，Hatta等人把PET和高密度聚乙烯作为碳源加入CVD石英管的上端，将铁的氢氧化物作为催化剂加入石英管中心。在氩气气氛下，将该系统加热到700-900℃，在催化剂上生长出碳纳米球和纳米纤维(M.N.M.Hatta,M.S.Hashim,R.Hussin,S.Aida,Z.Kamdi,A.R.Ainunddin and M.Z.Yunos,Synthesis of carbon nanostructuresfrom high density polyethylene(HDPE)and polyethylene terephthalate(PET)wasteby chemical vapour deposition,Journal of Physics:Conference Series 914(2017)012029.)。