CN110980702A - 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法 - Google Patents

一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110980702A
CN110980702A CN201911390139.0A CN201911390139A CN110980702A CN 110980702 A CN110980702 A CN 110980702A CN 201911390139 A CN201911390139 A CN 201911390139A CN 110980702 A CN110980702 A CN 110980702A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microwave
nitrogen
tubular reactor
quantum dots
graphene quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911390139.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110980702B (zh
Inventor
王文亮
王旭彪
赵兴金
黄佳乐
李新平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linyi Xinda Environmental Protection Technology Co ltd
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN201911390139.0A priority Critical patent/CN110980702B/zh
Publication of CN110980702A publication Critical patent/CN110980702A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110980702B publication Critical patent/CN110980702B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/184—Preparation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/32—Size or surface area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，首先将粉碎后的废旧轮胎颗粒与三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中；然后向微波管式反应器中通入氮气，继而将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中，开启微波管式反应器，反应生成的解聚蒸气冷凝，收集到液体为热解油，最后将得到的热解油干燥得到固形物，与去离子水混合搅拌均匀后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中反应，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。本发明为废旧轮胎的高值化利用开辟新途径，也为石墨烯量子点提供新的原料来源。

Description

一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法
技术领域
本发明属于废弃资源功能化利用领域，具体涉及一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法。
背景技术
废旧轮胎作为一种典型的固体废弃物，其产生量逐年增加，造成了日益严重的环境问题，固废资源的减量化、高值化利用成为了当今社会亟需解决的热点问题。将废旧轮胎通过热化学转化方法进行减量化处理是十分有效的途径。然而，废旧轮胎在热化学转化过程中存在转化效率低、转化产物附加值低等问题，从而制约了废轮胎热化学转化技术的发展。近年来，微波辅助解聚技术由于其加热效率高、热损失小、无热惯性等优势受到了广泛的关注。废旧轮胎在微波辅助解聚过程中能够实现快速解聚，在适当工艺条件下可以产生大量的多环芳烃，而多环芳烃是制备石墨烯量子点的优质前驱体，因此，通过微波辅助解聚方法将废轮胎在一定条件下转化为具有优良光学特性的石墨烯量子点，是解决废旧轮胎减量化和高值化处理的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，用于解决目前废旧轮胎固废资源无法有效利用等问题，本发明为废旧轮胎的高值化利用开辟新途径，也为石墨烯量子点提供新的原料来源。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，包括以下步骤：
步骤一：将废旧轮胎粉碎为粒径大小0.1mm～10mm的废旧轮胎颗粒，将粉碎后的废旧轮胎颗粒与粒径为0.05mm～1mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中；
步骤二：向微波管式反应器中通入氮气以排出反应体系中的空气，然后将氮气通过无水乙醇使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为55～65℃，将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中；
步骤三：在保证携带无水乙醇的氮气通入的情况下，开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1000～1500W，升温速率为80～250℃/min，升温至450～650℃，保温5～20分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝，收集到液体为热解油；
步骤四：将得到的热解油干燥得到固形物，然后将1质量份的固形物加入20～50质量份的去离子水中，搅拌均匀后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，在150～250℃温度下反应8～20小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。
进一步地，步骤一中所述的废旧轮胎颗粒与三氧化二铁颗粒的质量比为1:(0.05～0.5)。
进一步地，步骤二中向微波管式反应器中通入氮气以排出反应体系中的空气时，每克废旧轮胎颗粒对应的氮气流量为0.5～2mL/min，氮气通入时间为5-10分钟。
进一步地，步骤二中将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中2分钟，且每毫升氮气中携带无水乙醇的质量为1～5mg。
进一步地，步骤四中将得到的热解油在105℃条件下干燥4～8小时得到固形物。
进一步地，步骤四中然后将1质量份的固形物加入20～50质量份的去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中。
进一步地，步骤三和步骤四之间还包括以下步骤：关闭微波管式反应器，去除无水乙醇，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气，反应结束。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1.本发明将低值的废旧轮胎高效快速转化为具有很高应用价值的石墨烯量子点，不仅能够解决废旧轮胎日益增长带来的环境问题，还能够从废旧轮胎中获得石墨烯量子点应用于光催化转化(二氧化碳转化，甲醛/VOCs转化)，实现了废旧轮胎的减量化处理并变废为宝。
2.本发明通过微波辅助+添加三氧化二铁的方式，实现了废旧轮胎的高效转化。三氧化二铁的作用1)作为微波吸收介质，在初始阶段大量吸收微波能量转化为热量来促进废旧轮胎的分解，实现从能量向热量的转化，2)三氧化二铁在400℃以上可以作为载氧体将其中的晶格氧转化为部分气相氧，从而选择性促进废旧轮胎中碳碳键的氧化断裂。微波辅助的作用同样非常关键，微波辅助能够使得废旧轮胎在很高的升温速率下(80～250℃/min)实现部分解聚，带来的有益效果就是废旧轮胎中的分子链缩合和解聚同时进行，在此升温速率下快速反应能够很好的控制生成多环芳烃(过低的升温速率容易缩聚成碳，过高的升温速率容易气化成小分子)，多环芳烃进一步水热法生成了石墨烯量子点。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，包括以下步骤：
步骤一：将废旧轮胎粉碎为粒径大小0.1mm～10mm，将粉碎后的废旧轮胎颗粒与粒径为0.05mm～1mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中。所述的废旧轮胎颗粒与三氧化二铁颗粒的质量比为1:(0.05～0.5)。
步骤二：微波管式反应器中通入氮气以排出反应体系中的空气，每克废旧轮胎颗粒对应的氮气流量为0.5～2mL/min，氮气通入时间为5-10分钟；然后将氮气通过装有无水乙醇的孟氏洗气瓶使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为55～65℃，将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中2分钟，且每毫升氮气中携带无水乙醇的质量为1～5mg；
步骤三：在保证携带无水乙醇的氮气通入的情况下，开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1000～1500W，升温速率为80～250℃/min，升温至450～650℃，保温5～20分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝，收集到液体为热解油。
步骤四：关闭微波管式反应器，去除装有无水乙醇的孟氏洗气瓶，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气，反应结束。
步骤五：将得到的热解油在105℃条件下干燥4～8小时得到固形物，然后将1质量份的固形物加入20～50质量份的去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，150～250℃反应8～20小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
将10g废旧轮胎粉碎为粒径大小0.1mm～1mm，与0.5g粒径为0.05mm～0.1mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中。通入流量为5mL/min的氮气10分钟；然后将氮气通过装有无水乙醇的孟氏洗气瓶使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为55℃，将携带无水乙醇的氮气(无水乙醇量为5mg/min)通入微波管式反应器中2分钟。开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1000W，升温速率为80℃/min，升温至450℃，保温20分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝得到热解油，得到的热解油产率为26％。关闭微波管式反应器，去除装有无水乙醇的孟氏洗气瓶，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气。将得到的热解油在105℃条件下干燥4小时得到固形物，然后将1g固形物加入20g去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，150℃反应20小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。获得的石墨烯量子点尺寸大小为5～9nm。
实施例2
将20g废旧轮胎粉碎为粒径大小5mm～10mm，与10g粒径为0.5mm～1mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中。通入流量为40mL/min的氮气5分钟；然后将氮气通过装有无水乙醇的孟氏洗气瓶使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为65℃，将携带无水乙醇的氮气(无水乙醇量为200mg/min)通入微波管式反应器中2分钟。开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1500W，升温速率为250℃/min，升温至650℃，保温5分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝得到热解油，得到的热解油产率为38.4％。关闭微波管式反应器，去除装有无水乙醇的孟氏洗气瓶，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气。将得到的热解油在105℃条件下干燥8小时得到固形物，然后将5g固形物加入250g去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，250℃反应8小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。获得的石墨烯量子点尺寸大小为1～4nm。
实施例3
将10g废旧轮胎粉碎为粒径大小1mm～5mm，与2g粒径为0.1mm～0.5mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中。通入流量为10mL/min的氮气8分钟；然后将氮气通过装有无水乙醇的孟氏洗气瓶使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为60℃，将携带无水乙醇的氮气(无水乙醇量为30mg/min)通入微波管式反应器中2分钟。开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1300W，升温速率为180℃/min，升温至600℃，保温10分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝得到热解油，得到的热解油产率为32.9％。关闭微波管式反应器，去除装有无水乙醇的孟氏洗气瓶，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气。将得到的热解油在105℃条件下干燥6小时得到固形物，然后将2g固形物加入80g去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，200℃反应12小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。获得的石墨烯量子点尺寸大小为3～6nm。

Claims (7)

1.一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将废旧轮胎粉碎为粒径大小0.1mm～10mm的废旧轮胎颗粒，将粉碎后的废旧轮胎颗粒与粒径为0.05mm～1mm的三氧化二铁颗粒混合均匀，置于微波管式反应器中；
步骤二：向微波管式反应器中通入氮气以排出反应体系中的空气，然后将氮气通过无水乙醇使氮气携带无水乙醇，控制无水乙醇的温度为55～65℃，将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中；
步骤三：在保证携带无水乙醇的氮气通入的情况下，开启微波管式反应器，微波频率为2.45GHz，微波功率为1000～1500W，升温速率为80～250℃/min，升温至450～650℃，保温5～20分钟，生成的解聚蒸气在-35℃条件下进行冷凝，收集到液体为热解油；
步骤四：将得到的热解油干燥得到固形物，然后将1质量份的固形物加入20～50质量份的去离子水中，搅拌均匀后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中，在150～250℃温度下反应8～20小时，反应完成后对其进行冷却，得到石墨烯量子点。
2.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤一中所述的废旧轮胎颗粒与三氧化二铁颗粒的质量比为1:(0.05～0.5)。
3.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤二中向微波管式反应器中通入氮气以排出反应体系中的空气时，每克废旧轮胎颗粒对应的氮气流量为0.5～2mL/min，氮气通入时间为5-10分钟。
4.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤二中将携带无水乙醇的氮气通入微波管式反应器中2分钟，且每毫升氮气中携带无水乙醇的质量为1～5mg。
5.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤四中将得到的热解油在105℃条件下干燥4～8小时得到固形物。
6.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤四中然后将1质量份的固形物加入20～50质量份的去离子水中，搅拌10分钟后将溶液转移到聚四氟乙烯反应器中。
7.根据权利要求1所述的一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法，其特征在于，步骤三和步骤四之间还包括以下步骤：关闭微波管式反应器，去除无水乙醇，保持通入氮气，待微波管式反应器中温度降至150℃以下时，停止通入氮气，反应结束。
CN201911390139.0A 2019-12-27 2019-12-27 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法 Active CN110980702B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911390139.0A CN110980702B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911390139.0A CN110980702B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110980702A true CN110980702A (zh) 2020-04-10
CN110980702B CN110980702B (zh) 2021-05-11

Family

ID=70078602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911390139.0A Active CN110980702B (zh) 2019-12-27 2019-12-27 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110980702B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112982032A (zh) * 2021-02-18 2021-06-18 陕西科技大学 一种用于室内甲醛净化的壁纸复合材料制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050282956A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Xiaorong Wang Reversible polymer/metal nano-composites and method for manufacturing same
CN107324315A (zh) * 2017-06-07 2017-11-07 陕西科技大学 一种基于皮革废弃物的石墨烯量子点的制备方法
CN108998057A (zh) * 2018-07-18 2018-12-14 陕西科技大学 一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法
CN110368972A (zh) * 2019-08-09 2019-10-25 陕西科技大学 一种固体废弃物微波辅助催化解聚用核壳式SiC@C催化剂及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050282956A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Xiaorong Wang Reversible polymer/metal nano-composites and method for manufacturing same
CN107324315A (zh) * 2017-06-07 2017-11-07 陕西科技大学 一种基于皮革废弃物的石墨烯量子点的制备方法
CN108998057A (zh) * 2018-07-18 2018-12-14 陕西科技大学 一种废弃香烟过滤嘴微波辅助解聚联产富酯热解油和活性炭的方法
CN110368972A (zh) * 2019-08-09 2019-10-25 陕西科技大学 一种固体废弃物微波辅助催化解聚用核壳式SiC@C催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨亚青: ""废轮胎微波热解过程及产物分布特性试验研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
王娇娇等: ""石墨烯量子点的制备"", 《化学进展》 *
钱晓红等: "《中央高校基本科研业务费项目研究成果论文集 2016 下》", 31 January 2017, 北京：煤炭工业出版社 *
黄伯云等: "《中国战略新兴产业 新材料 环境工程材料》", 30 November 2018, 北京：中国铁道出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112982032A (zh) * 2021-02-18 2021-06-18 陕西科技大学 一种用于室内甲醛净化的壁纸复合材料制备方法
CN112982032B (zh) * 2021-02-18 2022-08-23 陕西科技大学 一种用于室内甲醛净化的壁纸复合材料制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110980702B (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107987866B (zh) 一种固体废弃物微波高效解聚联产生物油和生物炭的装置及方法
WO2017157180A1 (zh) 一种裂解气循环加热与微波结合的轮胎橡胶裂解方法
CN101543684B (zh) 氧化尾气处理工艺
CN102963866B (zh) 一种生物质裂解制备富氢合成气的方法
CN111250135B (zh) 一种石墨相氮化碳纳米片材料及其制备方法和应用
CN113000061B (zh) 一种带状石墨氮化碳纳米片的制备方法
CN110980702B (zh) 一种利用废旧轮胎微波辅助制备石墨烯量子点的方法
CN111545242A (zh) 一种用于生物质微波辅助加热催化热解制油的预结焦定向改性zsm-5分子筛及制备方法
CN109499597B (zh) 一种多孔二氧化钛/氮化碳纳米颗粒复合材料的制备方法
CN110961150A (zh) 一种卟啉/氮化碳层层复合结构光催化纳米复合材料的制备方法
CN106902857A (zh) 一种膨胀g‑C3N4光催化剂及其制备方法
CN108579793B (zh) 一种基于纳米催化剂的高沸点芳烃溶剂的制备方法
CN109701577A (zh) 一种利用碳纳米管作为硬模板制备多孔石墨相氮化碳的方法
CN111908582A (zh) 一种利用高温热解制备的木屑生物炭活化过硫酸盐降解金橙ⅱ染料的方法和应用
CN111099946B (zh) 一种木质素微波辅助解聚制备芳香烃类化合物的方法
CN112473722A (zh) 生物质炭基特征催化剂及利用该催化剂制备芳香烃的方法
CN110205159B (zh) 一种焦油熔盐重整定向制备高品质油的方法及产品
CN114713264B (zh) 氯酚和二氧化碳在氮化碳纳米管上的光催化羧基化转化
CN111808446A (zh) 一种利用高温裂解气进行炭化的裂解炭黑及制备方法
CN114797713B (zh) 一种微波强化碳还原废硫酸的方法
CN107337585B (zh) 一种木质素微波解聚制备单酚类化合物的方法
CN114082427A (zh) 一种用于硫酸盐木质素微波催化解聚的三维多孔网状炭基纳米花催化剂的制备方法
CN112979423B (zh) 一种木质素微波辅助解聚制备愈创木酚和苯酚的方法
CN110756189B (zh) 一种全太阳光谱响应的Co3O4/rGO复合催化剂及其制备方法与光热催化应用
CN110713179B (zh) 一种用于低浓度煤层气脱氧的煤基碳纳米管及其制备和纯化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230726

Address after: 276225 Menglianggu Industrial Park, Mengyin County, Linyi, Shandong Province

Patentee after: Linyi Xinda Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Address before: 710021 Shaanxi province Xi'an Weiyang University Park

Patentee before: SHAANXI University OF SCIENCE & TECHNOLOGY