[发明专利]一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法及装置

说明书

本发明涉及废塑料清洁处理领域，具体涉及一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法及装置。所述方法包括物料的预处理、废塑料的微波催化热解和产品的收集三个部分，所述装置包括预处理模块，微波催化裂解模块和收集模块。所述预处理模块包括混配机和净化室，所述微波加热裂解模块包括微波反应腔和微波发生器，所述收集模块包括旋风分离器和冷却室。本发明可连续操作，在高效清洁处理废塑料的同时实现碳氢联产，取得良好的经济效益与环保效益。

技术领域

本发明涉及废塑料清洁处理领域，具体涉及一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳 纳米管的方法及装置。

背景技术

当下国内废塑料需进一步推进资源化能源化利用，但目前废塑料的主要处理手段填埋、焚烧、 降级使用等存在对土壤、水源和大气严重的二次污染，废塑料绿色二次资源化能力迫切需要得 到提升。本发明提出利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法并设计制造保证废旧 塑料与催化体系充分接触的微波催化制氢装置，在微波-催化剂体系多相催化作用下，利用微波引 发废旧塑料。与传统降解方法相比，该新型微波热解塑料制氢方法能耗小，温室气体排量低，并 伴有高价值的碳产物，综合优势明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，本发明的 另一目的在于提供一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的装置，该装置能实现 预处理原料、微波催化热解废塑料和收集产品三者的耦合。

本发明的目的通过以下技术方案给予实现：

一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，其特征在于，以碳氢类有机废旧 塑料为原料，在微波-催化剂多元协同体系作用下制备氢气和多壁碳纳米管，包括以下步骤：

a)物料的预处理：将催化剂颗粒与废塑料颗粒加入混配机中混合5min，使两者混合均匀，而 后送入净化室。对混合均匀的废塑料颗粒与催化剂颗粒用氮气吹扫净化至含氧量低于 6000ppm，而后送入微波反应腔内；

b)废塑料的微波催化热解：向微波反应腔内通入氮气营造无氧环境，环境含氧量低于6000ppm 后，将净化室中净化好的共混物料加入到微波反应腔内，启动搅拌桨转动增加催化剂在废塑 料中的分散度，启动微波发生器，废塑料在微波-催化剂协同作用下充分裂解，生产氢气和多 壁碳纳米管；

c)产品的收集：反应生成的多壁碳纳米管由微波反应腔底部的出料口进入冷却室冷却，由固 体收集口收集，反应生产的气体由微波反应腔顶部进入旋风分离器，分离得的气体由气体收 集口收集，分离得的固体送回微波反应腔。

进一步的，所述的一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，其特征在于步 骤a中所述废塑料颗粒与所述催化剂颗粒的质量比为(1-2.5)∶1。

进一步的，所述的一种微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，其特征在于步骤b， 微波发生器的频率为2450MHz±50Hz，微波功率不低于1000W，微波处理时间为0.5-10分钟， 工作温度为350-700℃，温度过低将无法达到废塑料裂解的温度下限，温度过高将导致废塑料 直接分解，影响多壁碳纳米管和氢气的产率。

进一步的，所述的一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，其特征在于所 使用的催化剂为铁铝氧化物催化剂；本发明的铁铝基催化剂由于介质损耗因子高，能有效地 吸收微波辐射后将能量传递到废旧塑料分子链段中，引发C-H化学键优先断裂，并保证不发 生C-C键断裂的链式反应，在生成氢气和多壁碳纳米管的同时避免小分子含碳气体的产生。 进一步的，所述的一种利用微波热解废塑料制备氢气和多壁碳纳米管的方法，其特征在于， 所使用的催化剂中，铁和铝的质量比为(2-6)∶1。