[发明专利]一种利用废旧聚烯烃制备螺旋碳纳米管的方法

说明书

本发明提供一种利用废旧聚烯烃制备螺旋碳纳米管的方法，属于聚烯烃碳化技术领域。该方法先将废旧聚烯烃、镍催化剂和促进剂金属硫化物混合，得到聚烯烃‑镍化合物‑金属硫化物混合物；然后将得到的聚烯烃‑镍化合物‑金属硫化物混合物放入坩埚中，置于马弗炉中升温至碳化反应温度，恒温一段时间后冷却至室温，经过纯化后即可得到螺旋碳纳米管。本发明使用廉价的废旧聚烯烃为原料，高产率、高选择性、低成本制备螺旋碳纳米管，使制备得到的螺旋碳纳米管的产率高达60％‑80％，纯度高于98％。

技术领域

本发明属于聚烯烃碳化技术领域，具体涉及一种利用废旧聚烯烃制备螺旋碳纳米管的方法。

背景技术

作为一种具有特殊结构的碳纳米管，螺旋碳纳米管在具备碳纳米管本征优异性能的同时也具有其螺线状结构带来的优势。诸如具备优良的能量吸收能力，当其用于高聚物增强时，形成的复合材料具有良好的机械强度等。常见的螺旋碳纳米管制备方法是化学气相沉积，也即是在较低的温度下进行，金属催化剂在惰性气体气氛保护下,碳源在其表面分解，沉积碳纳米管，催化剂起到核心作用。碳源往往是乙炔等气体或者甲苯等液体(Carbon2004,42,805-811；Advanced Materials 2008,20,179-182)，这在很大程度上导致螺旋碳纳米管的价格昂贵，难以大规模制备和使用。因此，开发低成本、高效的螺旋碳管制备技术是此领域重要的研究目标之一。

据统计，人类已经生产的塑料制品超过了94亿吨，这些塑料制品被广泛应用于生活中各个方面。聚烯烃类塑料制品作为塑料制品中占比最大的一类产品，其比例超过70％。聚烯烃的主要有聚乙烯和聚丙烯两大类。大多数塑料制品在使用之后便被遗弃，随之带来了严重的资源浪费、环境污染等问题。合理地回收利用废弃塑料、减少废弃塑料制品的危害已经成为全球关注的焦点。由于聚烯烃主要包括碳和氢元素，碳元素的含量高达86％。因此，以聚烯烃作为原料制备碳材料具有很大的工业化应用潜力，国内外众多研究小组开展了将废旧聚烯烃转化为碳球、碳纳米管、碳纳米纤维和碳纳米薄片的研究(EnergyEnvironmental Science 2011,4,1904-1912；Applied Catalysis B:Environmental2014,147,592-601)。尽管如此，只有一篇文献报道了制备螺旋碳纳米管，他们发现在聚丙烯碳化制备碳纳米管过程中，产物里面出现了螺旋碳纳米管(Chemistry Letters 2011,40,1110-1112)。该方法的缺点是螺旋碳纳米管是副产物，难以从碳纳米管中分离；另外螺旋碳纳米管的产率很低，只有5％，从而限制了该方法走向实际应用的可能性。因此，为了推进螺旋碳纳米管的规模化制备，开发高产率、高选择性的聚烯烃碳化制备螺旋碳纳米管的新技术具有极其重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的制备螺旋碳纳米管的方法产率低且难以从碳纳米管中分离的问题，而提供一种利用废旧聚烯烃制备螺旋碳纳米管的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用废旧聚烯烃制备螺旋碳纳米管的方法，包括：

步骤一：将废旧聚烯烃、镍催化剂和促进剂金属硫化物混合，得到聚烯烃-镍化合物-金属硫化物混合物；

步骤二：将步骤一中得到的聚烯烃-镍化合物-金属硫化物混合物放入坩埚中，置于马弗炉中升温至碳化反应温度，恒温一段时间后冷却至室温，经过纯化后即可得到螺旋碳纳米管。

优选的是，所述的废旧聚烯烃为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、等规聚丙烯、无规聚丙烯、间规聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯或聚戊烯中的一种或几种。

优选的是，所述的镍催化剂为氢氧化镍、氧化镍、碳酸镍或碱式碳酸镍中的一种或几种。

优选的是，所述的金属硫化物为硫化锌、硫化镍、硫化钴、硫化镁、硫化亚铁、硫化锰、硫化亚锡、硫化铜、硫化钙或硫化钡中的一种或几种。