[发明专利]一种将废弃高分子制成碳微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于回收利用废弃高分子制备碳纳米材料技术领域，具体涉及利用废弃高分子 塑料制备微米级碳球、层状碳微球及椭球形层状氧化石墨碳微球的方法。

背景技术

随着工业的发展和社会的进步，有机高分子材料在日常生活的应用越来越广泛。其中 聚酯、聚丙烯和聚乙烯(分别简称为PET、PP和PE)由于其优良的性质和广泛的商业应用(如 饮料瓶、包装等)，逐渐构成固体废弃物的一个重要部分，对环境造成了严重的影响。因此 开发对PET等有机高分子材料的有效回收利用方法显得尤其重要。

现有废聚酯的回收方法有物理回收法和化学回收法。现有的物理回收法是指采用粉碎、 气流分选、净化、浮选、造粒等物理方法将废弃高分子塑料回收分离出高纯的PET原料，但 现有物理回收法所生产的聚酯粒子粘度不匀、成分个稳定。现有的化学回收法是将固态的 废弃聚合物材料解聚，使其转化为单体。如中国专利申请公开号CN1143090和CN1252823 所分别公开的荷兰国际壳牌研究有限公司和杜邦公司从含聚酯的聚合物混合物中应用选择 性溶剂回收聚酯的方法，以及CN1230562公开的联邦德国卡尔弗沙工业设备公司水解并进一 步降解回收线性聚酯的方法和装置，CN1747982公开的三星电子株式会社制备废聚酯树脂的 解聚组合物然后再加入多元醇以使解聚组合物缩聚制得固体聚酯树脂的回收方法。对废聚 酯解聚回收单体的专利有CN1275995公开的美国斯曼化学公司用于循环聚酯的解聚方法， CN1222132公开的杜邦公司用于污染聚合物的回收单体方法，CN1340077公开的美国伊斯曼 化学公司的乙二醇醇解工艺，CN1362976公开的德国克罗内斯股份公司的苛性钠水解法。此 外还有CN1413178和CN1571810公开的日本帝人株式会社应用乙二醇醇解工艺从聚酯废料中 分离和回收对苯二甲酸二甲酯和乙二醇的方法和进一步得到适合作为瓶用的PET循环方法。 CN1391511和CN1349450公开的奥地利回收PET材料的方法和装置。其它还包括CN1228729和 CN1228102公开的用含有塑料的回收材料制造产品的方法等。这些回收方法，无论是物理的 还是化学的方法，基本思想是通过相关的处理过程来获得重新制备高分子的原料。近十几 年来，一种新的回收利用废弃塑料的方式受到重视，就是将固态的聚合物材料通过高温裂解 制成廉价而又高效的活性炭材料。但高温裂解最大的不足是易造成二氧化碳等废气排放， 且固体碳回收率低。据《热分析通报》(Journal of Thermal Analysis)，1997年第49卷361 页)报道，将PET粉碎颗粒经603-823K高温加热分解后只有9.5％的固体碳物质，大部分则 形成二氧化碳等小分子。

此类反应得到的产物应用面较窄，回收率也不是很高，实验过程较复杂，很难得到广 泛的应用，其中酸解和水解的反应过程对反应条件的要求比较苛刻，而且通过降解所得到 的产物含有大量杂质，不能直接利用，后处理比较麻烦。因此迫切需要开发新型废弃高分 子回收利用技术，以制备出具有特定用途的高附加值碳材料，拓展废聚酯等高分子材料回 收处理方法和应用领域，从而对生态环境的改善和实现工业经济的可持续发展提供良好的 途径

荷马氏(Hummers)方法即液相氧化法。通常为将被氧化物与高浓度强氧化性酸--硫酸 或硝酸置于同一容器中水浴加热，待充分氧化后取出，先用双氧水还原高锰酸钾，再用蒸 馏水和稀盐酸润洗数次便得产物。

发明内容

本发明的目的是提出一种以废弃高分子为原料制备碳微球的方法，先将废弃聚酯、聚 丙烯或聚乙烯在二氧化碳中热处理，制备出微米级碳球，再经高温真空退火处理得到层状 碳微球，进一步经过荷马氏(Hummers)方法氧化处理以获得椭球形层状石墨氧化碳微球。

本发明以废弃高分子为原料制备碳微球的方法，其特征在于按高压釜的容积将75- 300g/L的废弃聚酯、聚丙烯或聚乙烯和300-600g/L的干冰密封于高压釜中，升温至500- 650℃，保温150-210分钟，然后冷却至室温，即得到微米级碳微球；将该微米级碳微球经 1350-1500℃高温真空下退火1-2小时可以进一步得到层状碳微球；将0.36g-0.44g此层状碳 微球加入9.6mL-10.0mL质量百分浓度为98％的浓硫酸和0.18g-0.22gNaNO₃的混合溶液中水 浴加热24-72小时，即可获得椭球形层状石墨氧化物碳微球。