[发明专利]一种处理废旧聚烯烃塑料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化分解技术制备铁/碳纳米管复合材料的方法,属于废旧聚烯烃塑料处理技术领域。

背景技术

聚烯烃塑料具有质量轻、强度高、耐热性好、价格低等优点，所以在日常生活中具有不可取代的作用，且消耗量巨大。但其大量使用带来了数量巨大的废旧塑料，对环境造成严重污染，从而影响人们的生活。因此，如何有效处理聚烯烃塑料废弃物是一个研究热点。由于聚烯烃塑料不能生物降解,所以掩埋处理是无效的。虽然焚化可将废旧塑料作为热源，但使用率太低,未能有效利用。人们希望将废旧塑料转化为更有价值的材料。现有的对废旧塑料进行加工再利用涉及到大量的收集、运输、分离和回收设备,加工过程包括致密、研磨、粉碎、混合，过程复杂，而且不能获得优质产品的均匀材料。

因此,人们正在寻找一种成熟的废旧塑料处理工艺,将废旧塑料分解为低分子量的产物或者具有重要应用前景的固体碳材料,例如碳纳米管、碳微球以及碳的复合材料，争取最大利润的同时将对环境的影响降低到最低。例如，热裂解法能将废旧塑料分解为低分子量的材料[J.Anal.Appl.Pyrolysis 81,7(2008)；Waste Manag.29,2625(2009).]；然而，所得产物是不同分子量化合物的混合物，并且反应温度高于600℃，甚至高达到900℃，能耗高[J.Anal.Appl.Pyrolysis 86,260(2009)；Fuel Process Technol.91,277(2010).]。Kartel等人报道,在硫酸存在条件下,采用热处理和蒸汽活化技术可将废旧塑料降解成比表面积为1030m²/g的活性碳[Carbon 44,1019(2006).]，然而,产率只有22%。最近,一些研究者,采用无溶剂一步法将废旧塑料（如：聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚苯乙烯）转化为碳材料（碳球和碳纳米管）[Green Chem.11,448(2009);Ind.Eng.Chem.Res.48,1484(2009);J.Environ.Monit.12,455(2010);Environ.Sci.Technol.44,4753(2010).],这种方法有效而且可以规模化,但是反应温度较高。

目前将废旧塑料转化为磁性功能化的碳基复合材料的报道较少,特别是铁/碳复合材料。

发明内容

针对现有技术处理废弃塑料存在的处理温度高、产物不能充分利用、二次污染的问题，本发明提出一种在密闭体系中催化分解处理废旧聚烯烃塑料的方法，具有分解效率高、产率高、分解产物应用价值大的特点。

本发明的技术方案为：

一种处理废旧聚烯烃塑料的方法，是将废旧聚丙烯、二茂铁和叠氮化钠加入高压釜中，温度升至580～620℃，反应8～24小时，产物用乙醇和水依次洗涤，离心和干燥，即获得海绵状铁/碳纳米管复合材料。

废旧聚丙烯、二茂铁和叠氮化钠按质量比1:1:0.25～10,；

废旧聚丙烯、二茂铁和叠氮化钠的质量比较佳为1:1:0.25～5,因为在该范围内,废旧聚丙烯的成碳转化率为90%以上,其中海绵状铁/碳纳米管复合材料的生成率为60%以上;

废旧聚丙烯、二茂铁和叠氮化钠的质量比更佳为1:1:0.5～2.5,因为在该范围内,废旧聚丙烯的成碳转化率为94%以上,其中海绵状铁/碳纳米管复合材料的生成率为80%以上;

反应原理如下：

NaN₃→Na+N₂                (1)

Fe(C₅H₅)₂→Fe+10C+5H₂      (2)

PP+Fe→C+H₂+Fe            (3)

1.本发明采用催化分解技术,在密闭系统中,在叠氮化钠的调控下,将废旧聚烯烃塑料基本全部转化为海绵状的铁/碳纳米管复合材料,反应温度较现有技术低，反应过程简单易控，所得产物具有磁性、形貌好、无污染、产率为90%以上。

2.本发明的方法获得的海绵状铁/碳纳米管复合材料，碳纳米管长度约为3.5μm，直径约为30纳米，铁纳米颗粒的大小约为44纳米。

附图说明

图1是实施例1制备的海绵状铁/碳纳米管复合材料的X射线粉末衍射谱图。

图2是实施例1制备的海绵状铁/碳纳米管复合材料的拉曼谱图。