[发明专利]一种以废轮胎为原料制备碳纳米管的方法

说明书

本发明提供了一种以废轮胎为碳源制备碳纳米管的方法，将催化剂和废轮胎颗粒均匀混合；放置于高温管式电阻炉的石英舟中，通入氮气，然后升温至700～900℃，最后冷却至室温后取出得到粗产品；研磨成粉末状后加入硝酸溶解，经过超声处理，在90～120℃油浴条件下恒温搅拌；将溶液抽滤洗涤至pH6.8～7.2，并将所得沉淀物在烘箱里干燥过夜，取出放入马弗炉里升温至500～700℃保温；然后冷却至室温后取出，即得到提纯后的碳纳米管。本方法操作简单，制备的碳纳米管产率可达30％以上，利于碳纳米管向产量化，高纯度的方向发展；实现了废轮胎的高值化利用，具有较大的经济价值和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种制备碳纳米管的方法，特别涉及一种以废轮胎为原料制备碳纳米管的方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，我国对轮胎等橡胶制品的需求量也日益增多。与此同时，废旧轮胎的产量也急剧增加。据不完全统计，在2013年我国废旧轮胎已达2.99亿条，重量达到1080万吨，并以每年8～10％速度增长。目前废轮胎的处理方法有直接利用、旧轮胎翻新、生产胶粉、生成再生胶、燃烧利用、热解利用，其中热解技术受到了国内外的高度关注。近年来国内外学者对废旧轮胎热解技术进行了深入研究,在废旧轮胎热解过程参数控制、热解机理和动力学模型建立等方面进行了广泛的探讨。

从1991年发现碳纳米管以来，研究人员就不断的发明和改进新的制备技术。碳纳米管具有特殊的物理和化学性质，使其可用于许多应用领域。碳纳米管因其独特的理化性质，现已成为全球研究的热点，在诸如场致发射、纳米机械、复合材料、储氢材料、超级电容器和光学器件等众多领域已得到广泛的应用。

合成碳纳米管常见的方法有化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法等。电弧放电法制备的碳纳米管结晶度高、管直，但通常产量低；激光烧蚀法主要缺点是碳纳米管的纯度较低，易缠结，且需要昂贵的激光器，耗费大，产量较少，不利于大规模制备；其中化学气相沉积法操作易于控制、产率高、反应温度低和成本低等特点被人们广泛采用。化学气相沉积法也叫作催化热解法，由于其条件缓和,流动、传热和传质可控性强,碳纳米管产物纯度高等优势从而逐渐成为宏量制备的主流方法，一般是采用过渡元素单质或化合物作为催化剂，(Fe,Co和Ni等纳米过渡金属催化剂在碳纳米管生长过程中具有较高的催化活性及缓和的生长条件)，在惰性气体或还原气体的氛围下，将碳氢化合物分解，分解出的碳原子会在催化剂表面生长成碳纳米管。

在过去的20多年间，经过各个国家的的研究，碳纳米管的基础研究和应用方面都取得了很大的进展。目前，由于技术原因使得碳纳米管还不能真正的在工业生产中得到应用，究其原因是高质量碳纳米管的不能批量连续工业化生产，制得的碳纳米管纯度不够以及制备过程中影响因素较多(如使用的金属催化剂残留，制备碳纳米管使用的原料，制备时的温度等原因)。有研究通过贵金属为催化剂，制备得到碳纳米管，但此方法成本太高，不能大规模制备碳纳米管。目前有使用生物质与废轮胎混合热解制备碳纳米管的方法(参见沈伯雄,刘丽君,吴撼明.一种用废旧轮胎和生物质热解生产氢气和碳纳米管的方法)，采用的催化剂由Al₂O₃载体，以单金属NiO为催化剂，此方法工艺要求严格，操作复杂，且制备得到碳纳米管产率不高，只得到20％的碳纳米管产率。也有文献中提到的(参见Zhang Y,Wu C,Nahil M A,et al.Pyrolysis–Catalytic Reforming/Gasification of Waste Tires forProduction of Carbon Nanotubes and Hydrogen[J].EnergyFuels,2015,29(5):3328-3334.)以废轮胎为原料，以单金属Ni/Al₂O₃为催化剂，引入的蒸气也对碳纳米管的结构有影响，且制备的碳纳米管产率不高，杂质过多。