[发明专利]一种利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及废旧棉纺织品的回收利用，特别是涉及一种利用废旧棉纺织品制备碳纤维的方法。

背景技术

我国是纺织大国，纺织工业总产值超过5万亿元，纺织加工总量超过4000万吨，占全球的50%以上，其中棉纤维是最重要的纺织原料。纺织品在使用若干年后都会成为废弃品，如果将这些废旧纺织品焚烧或丢弃，所产生的有害气体和难降解物质会对环境造成严重污染。因此，废旧纺织品的回收处理关乎着人类赖以生存的自然环境保护问题。

目前的废旧棉纺织品处理方法主要包括机械法和化学法。机械法是将废旧纺织品不经分离直接加工成可纺出纱线的再循环纤维。棉纺织品的化学回收利用主要是将其作为纤维素原料，用于制备其他纤维素制品，如黏胶、纸等，或者将废旧纺织品焚烧转化为热量，用于火力发电回收再利用。机械法成本较低，应用广泛，但工艺流程长、能耗高、加工中极易产生高含尘空气和粉尘，且产品附加值低。热能法简单，成本低，回收彻底，但纤维素热值低，并且可能会造成环境污染。

碳材料具有高的化学稳定性、热稳定性，良好的导电、导热性能，被广泛应用于电极材料、吸附剂材料、燃料电池、催化剂和催化剂载体。目前制备碳材料使用的碳源多是从煤矿石中或石油产物中提取，包括主要成分为烯烃、炔烃类化合物的石油焦、沥青焦、煤焦油等，这些石化副产物为非再生资源，而这些资源正在逐渐减少。

棉纺织品的主要成分是纤维素，由碳氢氧三种元素组成，含碳量高达44.44%以上，可用于制备碳材料。将废旧棉纺织品转变为碳材料，不但可以回收利用废旧物质，提升其利用价值，同时为碳材料的制备提供了碳源。

CN 201110461586.8公开了一种用废旧棉纤维制备碳微球的方法，该方法以水为反应介质，采用水热法在反应釜内高温高压反应制备棉纤维碳微球。此方法的高温高压条件对设备要求很高，同时，该方法没有充分重视棉纺织品原料自身具备的纤维集束结构，制备出的碳材料为球状结构，且产物表面光滑，不易与其他材料进行有效结合，功能性差，应用领域较窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法，通过对废旧棉纺织品进行简单处理，使其转变成为一种既能保持纤维形态优势，又具有特殊功能的表面具有高活性官能团和孔洞的多孔功能碳纤维簇，以实现废旧棉纺织品的高价值回收利用。

本发明提供的利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法是将废旧棉纺织品依次经KH-550溶液、氯化铵溶液、氯化锌溶液浸渍处理后，先在150～300℃进行预氧化处理，再隔绝空气升温至350～950℃进行碳化处理，以转变为多孔功能碳纤维簇。

优选地，所述的预氧化处理采用先在150～200℃预氧化，再升温至250～300℃预氧化的分步预氧化处理方式。

同样，所述的隔绝空气碳化处理采用先在350～500℃碳化处理，再升温至550～950℃碳化处理的分步碳化处理方式。

进一步地，本发明中所采用的KH-550溶液的浓度为1～10wt%，氯化铵溶液的浓度为5～30wt%，氯化锌溶液的浓度为30～60wt%。

本发明优选将所述废旧棉纺织品分别在KH-550溶液中浸渍5～30min，氯化铵溶液中浸渍5～30min，氯化锌溶液中浸渍8～24h。

本发明最优化的利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法包括以下步骤：

a) 将废旧棉纺织品置于常温下1～15wt%的KH-550溶液中浸渍5～30min，沥干溶液；

b) 将a)得到的产物在5～30wt%的氯化铵溶液中浸渍5～30min，沥干溶液；

c) 将b)得到的产物置于30～60wt%的氯化锌溶液中浸渍8～24h，沥干溶液；

d) 浸渍处理后的废旧棉纺织品先在150～200℃预氧化20～40min，再在250～300℃预氧化20～30min；

e) 氮气保护下，升温至350～500℃保温碳化30～90min，再升温至550～950℃保温碳化30～40min；

f) 得到的黑色产物先酸洗，再水洗至中性，干燥得到多孔功能碳纤维簇。

本发明利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇时，不需要对废旧棉纺织品进行任何前处理，即可直接进行制备。