[发明专利]基于废旧纤维纺织品的碳化物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于废旧纤维纺织品的碳化物及其制备方法，该方法包括：将所述前驱粉末和过渡金属硝酸盐化合物加入到酒精溶液中以获得前驱溶液，将废旧纤维织物浸泡于所述前驱溶液中以获得前驱体，对所述前驱体烘干以获得固化前驱体，将所述固化前驱体置于盛有所述辅助粉末的坩埚中，将所述坩埚置于充盈惰性气体的管式炉中热处理以获得所述碳化物。上述方法中，采用废旧纤维织物作为合成碳化物所需要的碳源，降低了合成成本，提高了废旧纤维纺织品附加值。辅助粉末中的金属盐在热处理过程中可以发生熔化，将前驱粉末的颗粒传递到废旧纤维织物表面，使得碳源与前驱粉末的结合温度大大降低，有效解决了合成碳化物需要较高能耗的问题。

技术领域

本发明涉及碳化物制备技术领域，特别是涉及一种基于废旧纤维纺织品的碳化物及其制备方法。

背景技术

发展循环经济、促进社会可持续发展、建立健全绿色低碳循环发展体系已达成全世界共识。废旧纺织品综合利用作为循环经济的重要组成部分，对加快推进再生资源产业发展起着重要作用。我国每年产生的废弃纺织品衣物超过2000万吨，其来源主要有两种：一是生产过程中的废丝、残料，服装制作过程中的下脚料；二是废弃的衣服、床上用品、窗帘、沙发巾、地毯等。2016年，我国废旧纺织品综合利用量约为360万吨，而综合利用率约为18%左右。其综合利用的途径主要有：（1）再使用，即通过捐赠、交换，实现二次穿着或动手改作他用；（2）再循环，将其纤维原料用于其他纺织产品的生产；（3）能源化利用，即通过物理、化学等方法，回收其一部分化学成分和热值。

然而，目前绝大部分废弃纺织品衣物还是被就地填埋或焚烧处理，既浪费了资源，又污染了环境。因此，提高废弃纺织品衣物的利用率及拓展其高附加值利用是亟待解决的问题之一。

在过去的数十年中，诸如WC、MoC、TiC、ZrC、HfC、SiC之类的碳化物已在切削加工、催化、陶瓷增强等工业应用中引起了广泛关注。这是因为相对于传统的氧化物而言，碳化物还具有一些独特的优越性能，例如熔点高、耐腐蚀性强、耐磨性好、具有优异的电子特性和良好的催化性能。

通常，碳化物是在高温（ 1500℃）下由碳源与合成另一元素经长时间反应，以促进碳原子的原子扩散来合成得到。然而，这种方法具有高能耗、不完全转化和反应时间长等问题。一些被证实有效的制备碳化物的途径包括热还原法、自蔓延高温合成法、溶胶-凝胶法等方法。在热还原法中，可以以石油焦或人造石墨为碳源，将硼酸与其均匀混合后在电弧炉中经1700℃~2300℃烧制得到碳化硼。然而，该方法需要较高的制备温度，不仅需要消耗更多能量，高温下也会致使碳化物发生分解，影响产出。在气相沉积法中，可以利用硅的卤化物和碳氢化合物及氢气在发生分解的同时，相互反应生成碳化硅，其所需的温度相对热还原法低，但需要的工艺较为复杂，且容易产生有害的副产物。在自蔓延高温合成法中，可以以高纯硅和天然石墨为原料，在石墨炉中于1300℃下反应3.5h以得到碳化硅粉体。然而，这种方法仍然需要较高的合成温度，影响产出。在溶胶-凝胶法中，可以以硅溶胶和炭黑为原料，采用氨解无机溶胶-凝胶的工艺获得碳化硅粒子。但该工艺需要先制备出凝胶，过程复杂，并且涉及到的原料的成本也较高。

废旧纤维纺织品包含天然纤维（包括植物纤维、动物纤维）和化学纤维（包括合成纤维的锦纶、涤纶、腈纶、氨纶、维纶、丙纶、氯纶等）两大类。其中植物纤维织物可以包括以植物纤维为主要成分的各类衣物，比如棉质T恤、棉质衬衫、棉质休闲裤等棉类衣物；或者是麻质T恤、麻质衬衫、麻质休闲裤等麻类衣物；也可以是棉麻混纺类衣物。植物纤维织物的成分也可以不为纯棉、麻类衣物，也可以掺有动物毛类成分或者是化学纤维。植物纤维织物由碳氢氧三种元素组成，主要成分为(C₆H₁₀O₅)n，含碳量较高，如棉纺织品的含碳量高达44.44%以上。利用将废旧纤维纺织品制备碳材料，不但可以回收利用废旧物质，提升其利用价值，同时为含碳化合物材料的制备提供了碳源。

发明内容