[发明专利]自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法

说明书

一种自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法，其包括下述步骤：(A)于25℃～75℃的反应温度将碳纤维增强无机(水泥基)复合材料置于电解液中，其中该电解液含有重量比为0.5％～3％的NaCl和1.0g/L～5g/L的催化剂；(B)对放置在电解液中的碳纤维增强水泥基复合材料通电，其中该碳纤维增强水泥基复合材料与电源的正极相连，控制电流密度为3333.3～6666.7mA/m²；和(C)通电反应0.5‑200小时后，自该电解液中取出生成的碳纤维回收物。

技术领域

本发明涉及碳纤维的回收和再利用，尤其涉及一种自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法。

背景技术

碳纤维具有拉伸强度大、杨氏模量高、腐蚀抵抗性强、惰性氛围耐超高温、电磁波屏蔽性优异、生物相容性好和柔软可塑性强等优点。碳纤维制备技术经过半个多世纪的发展，发展了种类繁多的碳纤维原料，比如黏胶碳纤维、聚丙烯腈纤维(PAN)、沥青纤维、聚苯并咪唑纤维和聚酯纤维等。

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)是以碳纤维作为增强体，有机环氧树脂为基体制作而成的复合材料。CFRP具有自重轻、耐腐蚀、抗拉强度高等优点，在航空航天、工业制造和体育用品等领域应用越来越广。2012年，世界范围内的碳纤维需求量为4.35万吨，预测2020年将达到13万吨。

在土木工程领域，CFRP可采用有机环氧树脂胶凝材料固化后，粘贴或布置在结构表面或内部，提高结构承载力。环氧树脂胶含有多种极性基团和活性很大的环氧基，同时环氧固化物的内聚强度也很大，所以其胶接强度很高。但由于环氧树脂胶耐老化、耐腐蚀、耐湿热性能较差，抗剥离、抗开裂、抗冲击性能也不高，从上世纪90年代开始，土木工程中也采用无机胶凝材料，例如各种改性水泥净浆、砂浆和/或混凝土等水泥基材料、或碱基发材料等，粘结CFRP，形成碳纤维增强无机(水泥基)复合材料，进而加固建筑结构。无机胶凝材料具有腐蚀抵抗性能优良、强度高与韧性强等优异力学性能，与水泥或混凝土等传统土木工程结构材料粘结较好，因此加固材料(CFRP)与原结构可以共同工作，加固性能更好。

然而，CFRP等高性能纤维复合材料在土木工程领域的广泛应用，也带来了极其严重的建筑废弃物处理问题。同时，高性能纤维增强复合材料在寿命终结期后仍然保持良好的性能，经济价值较高，实现高性能纤维增强复合材料回收与再利用具有重要经济价值和社会意义。但是，采用水泥基胶凝材料结构加固用的CFRP在拆除后，碳纤维材料的建筑垃圾上会附着有很难剥离的水泥等无机材料，处理难度更大。

关于纤维增强复合材料废弃物的回收与应用研究，已经有大量学者与机构参与，国外特别是欧美和日本等发达国家凭借其产业和技术的先行优势，很早就开始进行纤维增强复合材料废弃物的回收与再利用研究。然而，现有的各种碳纤维回收方法，都是针对以环氧树脂胶为基体材料和胶凝材料的，而针对碳纤维增强无机复合材料的碳纤维回收研究目前尚未有公开报导。

鉴于此，本发明提供一种技术可行、操作简便和经济效益高，同时兼顾环境保护的自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法，不仅有利于碳纤维材料的回收再利用，还可以解决建筑垃圾的处理问题，具备重要的经济价值和社会意义。

发明内容

本发明的主要目的在于其提供一种自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法，其中本发明提供的该碳纤维回收方法具有工艺步骤简单、难度低、回收率高、成本低和纤维损伤小等优点。

本发明的另一目的在于其提供一种自无机胶凝材料中回收高性能碳纤维的方法，其中本发明提供的该碳纤维回收方法不仅能够回收碳纤维，还能够同时回收树脂材料，并分解无机胶凝材料，从而减小含CFRP的建筑垃圾处理难度，并更大限度地使碳纤维增强水泥基复合材料废弃物得到回收和再利用，具有重大环保价值和重要社会意义。