[发明专利]一种聚乙烯类废塑料的回收方法及其制备的碳纳米管

说明书

本发明公开了一种聚乙烯类废塑料的回收方法及其制备的碳纳米管，属于废物回收技术领域。本发明所述回收方法以廉价的ZSM‑5分子筛为基础进行孔径结构的改良，提升负载活性金属的分散性和后续的催化活性，再通过两段转化热解过程将聚乙烯类废塑料制备成高品质的碳纳米管；所述回收方法碳转化率高，产品产率高，直径约为5～40nm，长度约为0.5～10μm，可媲美现有商业制备碳纳米管产品。该回收方法无过量废料或污染物产生，兼具经济和环保效益。

技术领域

本发明涉及废物回收技术领域，具体涉及一种聚乙烯类废塑料的回收方法及其制备的碳纳米管。

背景技术

塑料制品的广泛使用导致大量废塑料的产生，其中聚乙烯类废塑料的占比达到50％以上。目前，该类固体废弃物的主流处理方法包括物理回收法和化学回收法，其中物理回收法主要经过筛选、清洗、粉碎、熔融造粒等处理步骤后直接将废塑料加工成型或用作填料；而化学处理则主要通过热解法进行转化处理及其资源化利用。

现有技术中，人们主要通过热引发的方式能将废塑料快速解聚成碳链长度不同的小分子气体，再通过控制热解反应温度、压力及催化等工况条件来实现废塑料结构中的C-C键及C-H键定向断裂，最终热解生成的有机中间体在催化剂颗粒表面形成碳原子团簇并重新组合形成高附加值的碳纳米材料。该过程中，催化剂的选择是决定碳纳米材料性能好坏的关键因素。ZSM-5分子筛催化剂常被用于催化热解制备碳材料(尤其是碳纳米管)，由于其具备发达的孔隙结构和丰富的酸位点，ZSM-5分子筛不仅是一种优异的催化剂，更是一种良好的催化剂载体，在聚合物催化热解领域应用广泛。目前，多级孔分子筛负载活性金属催化剂在生物质热解，甲烷重整等方面应用广泛，在有机固废回收及其资源化转化利用方面的应用缺乏，而ZSM-5分子筛内部的孔隙结构多为微孔结构，在催化热解时，直径较大的有机分子无法进入至分子筛内部，进而影响催化活性。

碳纳米管由一层或多层石墨烯卷曲而成，由于其独特的一维中空管状结构及优异的物理化学特性，如化学稳定性、导电性、高比表面积等，在电化学和催化化学等方面得到了泛应用。目前碳纳米管的制备方式主要包括电弧放电法、激光蒸发法和化学气相沉积法。其中，电弧放电法在真空反应室中进行，对反应条件要求较高，限制了其规模化应用；激光蒸发法制备碳纳米管成本较高，产物品质低，应用较少；相对而言，化学气相沉积(CVD)法操作简单，成本较低。该方法的基本过程为含碳气体流经催化剂颗粒表面时被分解，碳沉积后生成碳纳米管，所得产品品质一般较高。然而，实际上该方法所用的催化剂价格较为高昂，产品的制备存在较多的预处理和后处理工艺。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种聚乙烯类废塑料的回收方法，该方法以廉价的ZSM-5分子筛为基础进行孔径结构的改良，提升负载活性金属的分散性和后续的催化活性，再通过两段转化热解过程将聚乙烯类废塑料制备得到高品质的碳纳米管；所述回收方法碳转化率高，产品产率高，无过量废料或污染物产生，兼具经济和环保效益。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种聚乙烯类废塑料的回收方法，包括以下步骤：

(1)将ZSM-5分子筛置入碱溶液中进行一段刻蚀处理，随后置入卤化铵溶液中进行二段刻蚀处理，得改性ZSM-5分子筛；所述碱溶液中氢氧根离子的浓度为0.2～1mol/L，卤化铵溶液中铵根离子的浓度为0.2～1mol/L；

(2)将改性ZSM-5分子筛和镍源在无水乙醇中混合搅拌至所得混合液呈浆糊状后，转移至空气气氛下煅烧，得镍负载改性ZSM-5分子筛；

(3)待聚乙烯类废塑料经400～600℃热解处理后，所得热解气与镍负载改性ZSM-5分子筛接触并在500～900℃下进行催化处理，得碳纳米管。