[发明专利]一种综合利用废旧轮胎热解产物制备硬碳-石墨烯复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种综合利用废旧轮胎热解产物制备硬碳‑石墨烯复合材料的方法，将粉碎处理后的的废旧轮胎胶粉置于反应器中在惰性气体下高温处理，胶粉在高温环境下发生热解生成热解气、热解油、与热解碳；将回收热解气进行过滤、掺混等工序得到可利用的优化热解气，并直接用于热解硬碳热化学气相沉积(CVD)生长石墨烯的流程，产出的废气经冷凝回收热解油并进行后续处理，实现热解碳、热解气、热解油的综合利用，同时在石墨烯生长基础上对其进行改性，达到对热解碳性能优化的目的，本发明连续高效的生产环节，实现轮胎热解与石墨烯生长过程两大耗能环节合并，大幅度减少工业流程耗能，实现低碳高效绿色可持续的轮胎末端生命周期高值化利用。

技术领域

本发明属于废物回收利用技术领域，涉及废旧轮胎的回收利用，具体涉及一种综合利用废旧轮胎热解产物制备硬碳-石墨烯复合材料的方法。

背景技术

汽车工业的快速发展带来了广泛而深刻的能源和环境问题，由于性能老化产生的废弃轮胎产生大量“黑色污染”。截至2019年，全世界范围里，废胎数量已经大于30亿条，而回收率低于50％，其余轮胎未经任何适当处理而被丢弃，燃烧轮胎会产生大量的污染物与致癌物质，如一氧化碳、二氧化硫等气体，还有少量的多环芳烃致癌性物质3、4苯并芘，危害自然生态。

废轮胎的处理方式主要有原型利用、轮胎翻新、生产再生胶和胶粉、热解、焚烧利用热能等。热裂解是废轮胎资源化处理的一种重要方式，热解油是废轮胎热裂解的主要产品，热值高达40～43MJ/kg。但是热解气和热解固相副产物，无法高值化利用，易造成二次污染。目前，热解气利用方式是为直接作为燃料用于供能，固相副产物则是通过制成简单的石墨碳材料进行再利用。

申请号为201811462315.2的中国发明专利公开了一种利用废旧轮胎制备的石墨烯材料及制备方法，利用碱热技术实现了废旧轮胎热解碳的转化，未实现杂质分离处理；申请号为202111031484.2的公开专利公开了一种用纳米镍粉作为催化剂，在微波的作用下催化废旧轮胎石墨化生成石墨烯的方法，提高了颗粒尺寸均匀性；但是，以上公开专利均未能克服热裂解造成的炭黑性能损失，且没有实现对热解油与热解气有效利用；申请号为202010683329.8的公开专利公开了一种石墨烯修饰废旧轮胎热裂解炭黑复合材料及其制备方法，利用表面修饰改善炭黑性能，但修饰步骤与热解步骤相互割裂，无法实现高效连续化运行，且仍未实现对热解油与热解气有效利用，造成资源回收的分散性与不全面性；

综上可知，传统热解工艺仍存在一系列工艺流程、产物性能、实施手段的缺陷，成为限制废旧轮胎低碳绿色综合化回收的重要弊端。由全球环境变化与温室气体大量排放引发了新一轮绿色化、低碳化能源使用的趋势，寻找一种更有效的轮胎热解产物“综合资源化”利用方法，具有广泛的需求与广阔的发展空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于大规模生产的综合利用废旧轮胎热解产物制备硬碳-石墨烯复合材料的方法，实现废旧轮胎固液气三相热解产物综合利用，同时利用废旧轮胎热解气实现热解炭黑性能改进，制备出高性能硬碳-石墨烯复合材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种综合利用废旧轮胎热解产物制备硬碳-石墨烯复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、将粉碎处理后的的废旧轮胎胶粉置于反应器中，在流量为0.1～1.8m³/h高纯惰性气体气流下，采用0.1～25℃/min的升温速率，自室温升温至200～700℃，保温0.5～20h进行热解生成热解气、热解油、与热解碳；

步骤二、在装置排气出口设置热解油冷凝系统，收集得到热解油产物；

步骤三、收集气相产物，并测定其气体含量，通过掺入所需气体的方式调节气体碳源、载气和氢气的摩尔比为(0.01～25)：1：(0.01～20)，得到优化热解气；