[发明专利]一种废弃聚合物衍生炭及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及材料技术领域，提供了一种废弃聚合物衍生炭及其制备方法和应用，将废弃聚合物粉碎后和硫粉进行混合，得到混合粉料；将所述混合粉料在惰性气体中程序升温炭化，得到废弃聚合物衍生炭。该方法以来源丰富、价格低廉的废弃聚合物和硫粉为原料，通过简单的热处理，实现了废弃聚合物向高附加值清洁能源材料的升级回收，且制备工艺简单、适于大规模生产，具有超高的商业和社会实用价值。采用上述方法制备得到的废弃聚合物衍生炭具有极高且可调的硫原子含量，石墨微晶层间距扩宽至0.41nm，是一类优异的钠/钾离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种硫化辅助废弃聚合物高效成炭的方法和其在二次可充电电池中的应用。

背景技术

塑料由于其独特的性能和价格优势，在当今的生产和生活中具有不可替代的地位。预计在2040年，全球塑料产量将会达到每年8亿吨，其中绝大部分在很短的生命周期之后就会被废弃。对于塑料垃圾的处理方式通常是填埋和焚烧，不仅带来严峻的环境问题，还造成不可再生资源的巨大浪费。目前物理回收和化学回收备受关注，然而物理回收多为降级回收，再生塑料性能变差，价值较低，不足以弥补回收、分类和处理等过程的成本；化学回收可以得到气、液和固体等高附加值化学品，有望实现升级回收，但通常需要大量的催化剂且条件苛刻，回收成本、使用范围等不尽人意，在商业上缺乏吸引力。因此发展简单高效的回收方式，实现其高值化利用具有重要意义。

随着能源危机和环境问题日益凸显，建立高效、经济、无污染的能源存储与转换系统迫在眉睫。其中，钠/钾离子电池因其材料成本低、安全性能高等优势而成为当前热门储能器件。但是，高性能电极材料仍是其走向商业化的关键材料瓶颈之一。利用简单的硫化交联策略，实现废弃聚合物向钠/钾离子电池负极材料的升级回收，具有极大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，通过硫化交联，实现废弃聚合物升级回收，得到了高硫含量掺杂的废弃聚合物衍生炭。所述废弃聚合物衍生炭具有极高且可调的硫原子含量，石墨微晶层间距扩宽至0.41nm，是一类优异的钠/钾离子电池负极材料。所述的废弃聚合物衍生炭以来源丰富、价格低廉的废弃聚合物和硫粉为原料，通过简单的热处理，实现了废弃聚合物向高附加值清洁能源材料的升级回收，且制备工艺简单、适于大规模生产，具有超高的商业和社会实用价值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种废弃聚合物衍生炭的制备方法，包括以下步骤：将废弃聚合物粉碎后和硫粉进行混合，得到混合粉料；将所述混合粉料在惰性气体中程序升温炭化，得到废弃聚合物衍生炭。

优选地，所述废弃聚合物为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材质的塑料垃圾中的一种或几种。

优选地，所述废弃聚合物和硫粉的质量比为1:0.5～8。

优选地，所述废弃聚合物和硫粉的质量比为1:2～4。

优选地，所述废弃聚合物粉碎后粒径为0.1～2mm。

优选地，所述程序升温分两阶段，第一段温度为200～350℃，保温时间为0.5～8h；第二段温度为400-800℃，保温时间为0.5～6h。

优选地，所述程序升温第一段温度为280±50℃，第一段保温时间为1～4h。

优选地，所述程序升温第二段温度为600～700℃，第二段保温时间为1～3h。

优选地，所述程序升温速率为2～5℃ min^-1。

优选地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种或几种，所述惰性气体的气流速率为200～600mL min^-1。