[发明专利]一种微波催化裂解聚烯烃废塑料及生产氢气和碳纳米纤维的方法

说明书

本发明提供了一种微波催化裂解聚烯烃废塑料及生产氢气和碳纳米纤维的方法，将聚烯烃废塑料粉碎后与MAX相陶瓷混合，在惰性气氛中对聚烯烃废塑料与MAX相陶瓷施加微波场，催化裂解聚烯烃废塑料，产生氢气和碳纳米纤维。本发明的方法利用微波催化裂解迅速将聚烯烃废塑料转化为高值的氢气和碳纳米纤维。

技术领域

本发明涉及废旧塑料资源利用技术领域，具体涉及一种微波催化裂解聚烯烃废塑料生产氢气和碳纳米纤维的方法。

背景技术

就解决塑料污染问题，科研工作者已经做出了许多努力，有大量研究针对可降解的塑料，但是可降解塑料对自然环境要求高且需要较长时间才能降解，无法有效解决白色污染问题。另外机械回收是唯一被广泛采用的处理废旧塑料的技术方案，但是适用的塑料种类很少，目前实际采用该技术进行回收再生的只有聚对苯二甲酸二醇酯(PET)和聚乙烯(PE)，占比很少，温度敏感塑料、复合材料、和升温不熔融流动的塑料(如热固性塑料)都无法通过该方法来处理。化学回收法所得产物可以用作燃料或化工原料，但并没有被广泛应用，主要是由于催化成本太高、选择性差。现有技术公开了利用微波进行热裂解的技术，但都是用碳化硅、碳材料等微波敏感材料在微波场中生热并传到热裂解，从而达到热裂解的目的，其效率和产物的选择性不理想，没有得到高附加值的产物，尤其是现有技术鲜见裂解塑料可得到高价值氢气的报道。因此，很有必要开发快速有效、低成本、高产物选择性、高附加值产物的塑料降解方法。

发明内容

为解决现有技术问题，本发明提供了一种微波催化裂解聚烯烃废塑料从而生产氢气和碳纳米纤维的方法，解决了现有技术无法裂解塑料得到高纯度氢气的问题，而且使用的陶瓷材料为常规产品，还保持微波裂解的工艺简单的优点。

本发明采用如下技术方案：

一种微波催化裂解废塑料的方法，在惰性气氛中、三元陶瓷材料存在下，将废塑料经过微波处理，完成废塑料的裂解。

一种微波催化裂解废塑料生产氢气和碳纳米纤维的方法，在惰性气氛中、三元陶瓷材料存在下，将废塑料经过微波处理，完成废塑料的裂解，得到氢气和碳纳米纤维。

优选的，废塑料为废旧聚烯烃，比如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等；本发明以聚烯烃为塑料，经过三元陶瓷存在下的微波裂解，得到的裂解气体产物中，氢气占比大，远远超过一半，有效解决了现有技术无法裂解塑料制备氢气的问题。

本发明中，三元陶瓷为MAX相陶瓷，本发明将聚烯烃废塑料粉碎后与MAX相陶瓷混合，在惰性气氛中对聚烯烃废塑料与MAX相陶瓷施加微波场，聚烯烃废塑料裂解，产生氢气和碳纳米纤维。

本发明中，MAX相陶瓷与聚烯烃废塑料的重量比为0.02～10:1，优选0.1～2:1，进一步优选0.2～1:1；作为举例，对低密度聚乙烯更优选0.3～0.5∶1，对高密度聚乙烯更优选0.5～0.7∶1，对聚丙烯更优选0.5～0.7∶1。

本发明中，废塑料经过粉碎再进行微波处理，粉碎的废塑料粒径优选小于5 mm。惰性气体为现有技术中通常用的惰性气体气氛，比如氮气、氩气和氦气，优选氮气。微波处理装置以及产物收集为常规技术，微波功率为50 W～1500 W，优选600 W～1200 W，进一步优选800 W～1100 W，最优选1000 W，微波时间为1～ 50 min，优选3～ 8min，最优选5 min；带来的反应上限温度为500～1500 ℃，优选800～1200 ℃，最优选1000 ℃。得到的气体产物中，氢气的纯度大于50%；固体产物为碳纳米纤维。