CN114735676B - 一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳纳米管制备技术领域,具体公开了一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法。所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:(1)取干净的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;(2)将废弃快餐盒料与催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;(3)将混合物料在保护气氛下,于550~1000℃下进行催化反应,反应结束后得碳纳米管。采用该方法制备得到的碳纳米管,其具有较高的碳转化率。此外,该方法还拓宽了废弃快餐盒的处理途径,能够将废弃快餐盒变废为宝,提高了废弃快餐盒的附加值。

Description

一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法
技术领域
本发明涉及碳纳米管制备技术领域,具体涉及一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法。
背景技术
随着外卖行业的不断发展,线上点餐的数量也越来越多;随之而来的是快餐盒使用的增加。然而,过多的废弃快餐盒对于环境造成巨大的压力;尤其是不可降解的塑料废弃快餐盒。目前对于塑料废弃的快餐盒通常当做废弃塑料进行处理;常见的处理方式为焚烧发电、填埋以及回收利用。
但是,目前并未有现有技术报道以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的报道;因此,开发一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,一方面对于提高废弃快餐盒的附加值,另一方面可以减轻废弃快餐盒对于环境的污染,具有重要的应用价值。
发明内容
为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题,本发明提供了一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法。
本发明的技术方案如下:
一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料在保护气氛下,于550~1000℃下进行催化反应,反应结束后得碳纳米管。
本发明首次以废弃快餐盒为原料制备得到了碳纳米管,拓宽了废弃快餐盒的处理途径,能够将废弃快餐盒变废为宝,提高了废弃快餐盒的附加值。
优选地,步骤(2)中所述的催化剂是由磷酸铝和硫酸铜组成。
进一步优选地,磷酸铝和硫酸铜的重量比为1~3:1~3。
最优选地,磷酸铝和硫酸铜的重量比为1:1。
优选地,废弃快餐盒料与催化剂的重量比为10~20:1。
最优选地,废弃快餐盒料与催化剂的重量比为15:1。
优选地,在步骤(2)中加入分散剂,将废弃快餐盒料与分散剂以及催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼;
其中,废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为10~20:1:1。
最优选地,废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1。
优选地,所述的分散剂由山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成。
进一步优选地,山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯的重量比为1:3~5;
最优选地,山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯的重量比为1:4。
发明人在研究中惊奇的发现,在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的同时加入分散剂,有利于提高制备得到的碳纳米管的碳转化率。
发明人进一步研究发现,分散剂的选择不同,对于制备得到的碳纳米管的碳转化率的差距是巨大的;发明人在大量的研究中惊奇的发现:在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的同时加入由山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成的分散剂,其可以大幅提高制备得到的碳纳米管的碳转化率;其对碳纳米管的碳转化率提高程度远远高于其它分散剂或分散剂的组合。
优选地,步骤(3)所述的保护气氛是指氮气气氛。
优选地,步骤(3)中于550~1000℃下进行催化反应1~4h。
最优选地,步骤(3)中于750~900℃下进行催化反应2~3h。
有益效果:本发明提供了一种全新的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法;尤其是采用该方法,在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的同时加入由山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成的分散剂制备得到的碳纳米管,其具有较高的碳转化率。此外,该方法还拓宽了废弃快餐盒的处理途径,能够将废弃快餐盒变废为宝,提高了废弃快餐盒的附加值。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明,但实施例并不限定本发明的保护范围。
以下实施例中的废弃快餐盒料选用的是聚烯烃材质的废弃快餐盒料。
实施例1以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂的重量比为15:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成。
实施例2以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂由1:4的山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成。
实施例3以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于750℃下进行催化反应3h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为10:1:1;所述的催化剂是由重量比为3:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂由1:3的山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成。
实施例4以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于900℃下进行催化反应1.5h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为20:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:3的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂由1:5的山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成。
对比例1以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂为乙二醇硬脂酸酯。
对比例1与实施例2的区别在于,对比例1仅仅采用乙二醇硬脂酸酯作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
对比例2以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂为山梨坦倍半硬脂酸酯。
对比例2与实施例2的区别在于,对比例2仅仅采用山梨坦倍半硬脂酸酯作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
对比例3以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂为乙撑基双硬脂酰胺。
对比例3与实施例2的区别在于,对比例3采用的是乙撑基双硬脂酰胺作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
对比例4以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂为硬脂酸钙。
对比例4与实施例2的区别在于,对比例4采用的是硬脂酸钙作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
对比例5以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂由1:4的山梨坦倍半硬脂酸酯和乙撑基双硬脂酰胺组成。
对比例5与实施例2的区别在于,对比例5采用的是山梨坦倍半硬脂酸酯和乙撑基双硬脂酰胺作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
对比例6以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其包含如下步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料放入反应炉中在氮气气氛下,于800℃下进行催化反应2h,反应结束后得碳纳米管;
其中,步骤(2)中废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1;所述的催化剂是由重量比为1:1的磷酸铝和硫酸铜组成;所述的分散剂由1:4的乙撑基双硬脂酰胺和乙二醇硬脂酸酯组成。
对比例6与实施例2的区别在于,对比例6采用的是乙撑基双硬脂酰胺和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂;而实施例2则是采用山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯作为分散剂。
表1.本发明方法制备得到的碳纳米管的碳转化率
从表1实验数据中可以看出,实施例1所述方法制备得到的碳纳米管的碳转化率仅仅为21.2%,比较低。然而实施例2~4所述方法制备得到的碳纳米管的碳转化率高达60%以上,这说明:在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的同时加入分散剂,有利于提高制备得到的碳纳米管的碳转化率。
从表1实验数据中还可以看出,对比例1和2在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中仅仅加入山梨坦倍半硬脂酸酯或乙二醇硬脂酸酯,其制备得到的碳纳米管的碳转化率远远小于实施例2;由此可见,在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中同时加入山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯制备得到的碳纳米管的碳转化率远远高于加入单一的山梨坦倍半硬脂酸酯或单一的乙二醇硬脂酸酯;这说明:在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中同时加入山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯可以产生协同的提高碳转化率的作用。
从表1实验数据中还可以看出,实施例2制备得到的碳纳米管的碳转化率同样要远远高于对比例3~6。这说明:在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中同时加入的分散剂不同,对于制备得到的碳纳米管的碳转化率的差距是巨大的;然而,加入何种分散剂才能使得碳转化率高达60%以上,本领域技术人员是无法预料的;上述研究表明:只有在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中同时加入由山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成的分散剂,才能具有十分优异碳转化率,才能大幅提高采用该方法制备得到的碳纳米管的碳转化率;而在将废弃快餐盒料与催化剂进行蜜炼的过程中加入其它分散剂或其它分散剂的组合,并不具有优异的碳转化率,其并不能大幅提高采用该方法制备得到的碳纳米管的碳转化率。

Claims (10)

1.一种以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,包含如下
步骤:
(1)取清洗后的废弃快餐盒粉碎成分废弃快餐盒料;
(2)将废弃快餐盒料与催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼,得混合物料;
(3)将混合物料在保护气氛下,于550~1000℃下进行催化反应,反应结束后得碳纳米管;
在步骤(2)中加入分散剂,将废弃快餐盒料与分散剂以及催化剂一同加入密炼机中进行蜜炼;
所述的分散剂由山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯组成。
2.根据权利要求1所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,步骤(2)中所述的催化剂是由磷酸铝和硫酸铜组成。
3.根据权利要求2所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,磷酸铝和硫酸铜的重量比为1~3:1~3。
4.根据权利要求2所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,废弃快餐盒料与催化剂的重量比为10~20:1。
5.根据权利要求1所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为10~20:1:1。
6.根据权利要求5所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,废弃快餐盒料与催化剂以及分散剂的重量比为15:1:1。
7.根据权利要求1所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯的重量比为1:3~5。
8.根据权利要求7所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,山梨坦倍半硬脂酸酯和乙二醇硬脂酸酯的重量比为1:4。
9.根据权利要求1所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,步骤(3)所述的保护气氛是指氮气气氛。
10.根据权利要求1所述的以废弃快餐盒为原料制备碳纳米管的方法,其特征在于,步骤(3)中于550~1000℃下进行催化反应1~4h。
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