[发明专利]一种利用废弃烟蒂制备碳纤维的方法及制得的碳纤维与应用

说明书

本发明提供了一种利用废弃烟蒂制备碳纤维的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将废弃烟蒂溶解于有机溶剂中，得到纺丝液；(2)将纺丝液进行静电纺丝，干燥后获得纺丝纤维；(3)将纺丝纤维热稳定后，进行热解碳化，即得碳纤维。本发明方法以废弃烟蒂为原料，废弃烟蒂中的纤维和焦油经溶解、静电纺丝、热解碳化后制得碳纤维。本发明通过选择适宜的条件和参数，将焦油参与静电纺丝，不仅实现了对废弃烟蒂中焦油的再利用，还提高了碳纤维的得率，显著增加了碳纤维的比表面积和孔隙结构。本发明制备碳纤维的生产成本低，工艺简单；制备得到的碳纤维具有高比面积和高孔隙结构，使其在环境保护、电化学等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种废弃烟蒂资源化利用的方法，具体涉及一种利用废弃烟蒂制备碳纤维的方法及制得的碳纤维与碳纤维在制备吸附材料和/或电化学材料中的应用。

背景技术

烟蒂是指卷烟燃吸后的残余部分，主要由外层的包装纸包裹纤维丝束及燃吸过程中截留下来的主流烟气粒相物组成。我国是卷烟生产和消费大国，随着每年大量卷烟被消耗掉，相应地产生大量的废弃烟蒂，污染环境。

烟用丝束主要成分为醋酸纤维，它是由木浆纤维乙酰化而成，醋酸纤维具有悬垂性好、穿着舒适以及吸湿等特点，用醋酸纤维制作的各种接触皮肤的服装安全环保。醋酸纤维具有蚕丝般的鲜艳光泽和优良的手感，常作为丝的代替品。数十年来，醋纤织物始终在材料领域占居重要位置。烟蒂内的醋酸纤维表面吸附了烟支抽吸过程中产生的焦油类成分，开展废弃烟蒂内醋酸纤维丝束的资源化利用对于缓解环保问题及提高社会发展有重要意义。

CN101864608B公开了一种利用废醋纤丝束再生二醋酸纤维丝束的生产方法，本发明生产方法采用干法纺工艺处理废醋纤丝束。通过本发明的技术方案，将制棒和卷烟工序中产生的大量废二醋酸纤维丝束制备成烟用二醋酸纤维丝束，重新应用到制棒和卷烟工序中，使其原料得到最大程度的应用。该专利涉及到生产二醋酸纤维丝束采用的原料是废弃的二醋酸纤维丝束。

CN108589047A公开了一种香烟用二醋酸纤维素废丝回收再利用的方法，所述方法包括：将未经三醋酸甘油酯脱除的香烟用二醋酸纤维素废丝溶解于有机溶剂中，得到的纺丝液进行静电纺丝，卷制成香烟用滤棒。本发明实现了香烟用二醋酸纤维素废丝的循环利用，该专利中采用的原料是香烟用二醋酸纤维素废丝，不涉及到对废弃烟蒂的利用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用废弃烟蒂制备碳纤维的方法及制得的碳纤维与应用。本发明方法采用废弃烟蒂原料，将废弃烟蒂中的纤维和焦油经溶解、静电纺丝、热解碳化制得碳纤维，实现了废弃烟蒂中的醋酸纤维和焦油的综合利用，焦油物质中的含氮、硫化合物能掺杂进碳纤维内，形成掺杂型碳纤维材料。本发明方法所得碳纤维具有较高的比表面积和孔隙结构。

本发明所采用的原料废弃烟蒂是人们消费卷烟后随手丢弃在烟灰缸中或路边等处的烟头，其原料来源广泛，成本低廉。

本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种利用废弃烟蒂制备碳纤维的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将废弃烟蒂溶解于有机溶剂中，得到纺丝液；

(2)将纺丝液进行静电纺丝，干燥后获得纺丝纤维；

(3)将纺丝纤维热稳定后，进行热解碳化，即得碳纤维。

优选的，步骤(1)中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜、四氢呋喃、氯仿、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺和二氯甲烷中的至少一种。

优选的，所述废弃烟蒂与有机溶剂的比例为1g:5～50mL。

优选的，所述废弃烟蒂与有机溶剂的比例为1g:10～20mL。

更优选的，所述废弃烟蒂与有机溶剂的比例为1g:15mL。