[发明专利]一种基于废弃回收环氧树脂的多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于废弃回收环氧树脂的多孔碳材料及其制备方法和应用，使用建筑废弃回收的环氧树脂为原料，通过简单的机械破碎、微波辅助加热和高温碳化制备了活性多孔碳材料，变废为宝，将原本难以降解的塑料垃圾转化为可用作超级电容器电极材料的多孔碳处理，积极响应了当下绿色环保、节约资源、可持续发展的号召。与目前多数实验过程复杂、反应条件苛刻的热固性塑料降解回收方法相比，本发明采用微波辅助加热法降解废弃环氧树脂，实验流程简单、成本低廉。同时，经高温碳化得到的多孔碳材料具有一定的电化学性能，可进一步与其他类型的超级电容器电极材料复合，拥有很大的改性空间和良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学储能材料领域，具体涉及一种基于废弃回收环氧树脂的多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展，传统能源日益枯竭，人们在寻找绿色、安全、可再生能源的同时，也对传统的能量存储设备提出了新的要求。

超级电容器作为一种新型的能量存储装置，凭借其周期寿命长、能量密度和充放电效率高、环境毒性低的显著优势而引起了各界广泛的关注和研究。目前，影响超级电容器电化学性能的主要因素是它的电极材料，主要包括碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物三种，其中碳材料是使用最广泛的一种。但是在现有技术中，碳材料的制备具有很多的局限性，且制备过程往往比较浪费资源、对环境不够友好。

与此同时，环氧树脂作为一种典型的热固性塑料，如何高效的降解回收始终是困扰人们的一大难题。目前已经提出的一些方法，如碱金属氢氧化物熔融浴法、表面处理再复合固化等方法都伴随着流程复杂、仪器设备要求高、投入产出比过大等问题，很难规模化、大批量回收利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种流程简单高效、产率较高、电化学性能良好、节约资源、保护环境的基于废弃回收环氧树脂的多孔碳材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

发明人知晓，21世纪的今天，现代化进程日益加快，在城市建设的过程中，环氧树脂凭借其机械强度高、尺寸稳定性、耐热性、耐腐蚀性和电绝缘性好、易于加工成型而被广泛用作建筑材料，在全国各地的施工建设中随处可见。但是作为一种热固性塑料，固化的环氧树脂拥有十分稳定的网状结构，很难被破坏降解，因此对其回收再利用始终是困扰研究者们的一大难题。

而建筑废弃环氧树脂的主体是碳，将其经过一些简单的预处理和高温碳化后制成活性多孔碳材料，可以用作超级电容器的电极材料，变废为宝，达到了节约资源、保护环境的目的。

制备流程大致为：首先，用粉碎机将废弃的环氧树脂简单粉碎，以减小粒径；之后将其浸入N-甲基吡咯烷酮中，并选取一定的微波功率和微波时间对其进行辅助加热；洗涤干燥后再将环氧树脂置于管式炉中在氮气氛围下进行恒温预碳化，取出后与KOH一同加入乙醇溶剂中并磁力搅拌，混合均匀后干燥。然后将干燥的固体粉末混合物置于管式炉中进一步碳化制得具有一定活性的多孔碳材料；最后，将所制备的多孔碳与炭黑、聚偏氟乙烯按一定的质量比混合涂覆在泡沫镍上，制备成超级电容器的工作电极，在三电极体系下对其进行一系列的电化学测试，具体方案如下：

一种基于废弃回收环氧树脂的多孔碳材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)用粉碎机将块状废弃环氧树脂进行简单地机械粉碎；

(2)将破碎的环氧树脂颗粒浸泡在N-甲基吡咯烷酮(NMP)后，置于微波反应器中，进行微波辅助加热溶胀；

(3)将溶胀后的环氧树脂颗粒过滤、去离子水洗涤后，进行干燥；

(4)将干燥后的环氧树脂置于，在氮气氛围下恒温预碳化；

(5)将预碳化的环氧树脂和KOH加入乙醇中，常温下磁力搅拌，使混合均匀，再进行干燥；