一种废弃热固性塑料催化热解制备碳纳米管的方法

本发明属于碳纳米管制备技术领域，涉及一种废弃热固性塑料催化热解制备碳纳米管的方法，采用具有较好催化性能的核壳催化剂，以废弃热固性塑料为原料，在两段式固定床反应器中产生的热解气在催化剂表面形成碳纳米管，整个过程只需要控制反应器温度，操作简单，而且催化高分子聚合物热制备碳纳米管不仅可以实现废塑料的回收，还可以生产高附加值碳纳米管。

>> 技术背景

碳纳米管由一层或者多层石墨烯卷曲而成，具有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方面广泛应用。

目前，常见的碳纳米管合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法和火焰热解法，其中电弧放电法需要在真空反应室中进行，反应条件比较严苛；激光烧蚀法成本高，产物品质低；火焰热解法必须加入稳定和均匀的电场分布；较为普遍的制备方法是化学气相沉积（CVD）法，CVD法是应用气态物质在固体上产生化学反应和传输反应等并产生固态沉积物的一种工艺，可以用来生产晶体、晶体薄膜等。利用CVD法制备碳纳米管的主要碳源气体为有机碳氢分子，如CO、烷烃、烯烃、炔烃、醇类、苯及其同系物等。

纳米粒子具有良好的催化性能，但因其本身具有高的表面能，在高温高压下易自发聚集，影响纳米粒子的结构稳定性。在金属纳米粒子颗粒外包覆一薄层的多孔稳定物质形成核壳结构纳米材料，不仅能有效阻止纳米粒子团聚失活，还可以提高催化剂的可操控性，另外，作为两种不同种类材料的组合，这种复合颗粒具有单一材料所不能具有的各种界面性能。目前，核壳结构在药物载递与疾病治疗、生物成像、催化等方面应用广泛。

近年来，热固性塑料的需求量大幅提升，并广泛应用于冶金、铸造、电子、汽车、建筑等行业。热固性塑料具有独特的三维网状分子结构，在加热或加入固化剂后表现出不溶不熔的特性，具有优良的力学性能、电绝缘性能、化学稳定性等，这种特性使其性能明显优于其它热塑性材料。与此同时也导致了其废弃后不能自然分解，再生利用困难的问题。目前，废弃热固性塑料的处理方法主要有物理回收法和化学回收法，物理回收法是将废弃物粉碎后用作填料；化学处理主要是通过热解法进行回收，在惰性气体氛围下热固性塑料热解会发生C-C键及C-H键的断裂，可以得到不同长度的小分子气体，在一定的温度、压力和催化剂条件下，有机碳氢分子在催化剂颗粒表面裂解为碳原子团簇，然后碳原子重新组合形成碳纳米材料，在制备碳纳米材料过程中，催化剂的选择是其性能好坏的关键因素。

>> 发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种以废弃热固性塑料为原料，利用管式炉中热解产生的热解气，在核壳催化剂表面形成碳纳米管的方法，在最大限度利用热固性废弃物的同时，生产高附加值碳材料。

本发明与现有技术相比，采用具有较好催化性能的核壳催化剂，以废弃热固性塑料为原料，在两段式固定床反应器中产生的热解气在催化剂表面形成碳纳米管，整个过程只需要控制反应器温度，操作简单，而且催化高分子聚合物热制备碳纳米管不仅可以实现废塑料的回收，还可以生产高附加值碳纳米管。

封面来源：图虫创意