一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法及其应用

1.本发明属于碳材料技术领域，废旧塑料回收与利用，具体涉及一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法及其应用。


背景技术：

2.由于塑料制品本身的实用性和方便性，所以广泛被人们使用，同时使用完的塑料品也被随意丢弃。同时农田里的废农膜也会长期残留在田中造成农作物的减产。由于塑料难于自然降解，导致城市与郊区白色污染随处可见。这严重影响了我们生活的环境。废旧塑料对环境的污染日益加剧，对废旧塑料的回收利用也成为环境保护研究的新热点与方向。在这些废旧塑料中，聚烯烃约占70%。
3.随着人们生活水平的提高，人们对环境保护的意识越来越强，如何更多的利用聚乙烯废弃物成为大家共同研究的课题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法及其应用，通过管式炉成碳，将聚乙烯碳化为多孔碳，为废旧塑料的回收利用提供一种新的低成本的方案，得到的多孔碳材料由于其丰富的孔结构和较高的比表面积，在储能方面拥有良好的利用价值。
5.为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为:一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法，包括以下步骤：步骤1， 制备柠檬酸钾与聚乙烯的混合片将柠檬酸盐与聚乙烯共混，造粒，并在150-210℃下热压制得混合片，所述柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1-100；步骤2，多孔碳材料的制备将混合片置于管式炉中升温至150-350℃，在空气气氛下保持0.1-24h，将其升温至500-1200℃，在氮气气氛下保持0.1-24h，得多孔碳材料。
6.作为改进的是，步骤1中所述柠檬酸盐为柠檬酸钾或柠檬酸钠。
7.进一步改进的是，步骤1中所述柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1-20。
8.作为改进的是，步骤1中所述的聚乙烯的重均分子量为10000g/mol—100000g/mol。
9.进一步改进的是，步骤1中所述的聚乙烯的重均分子量为40000g/mol。
10.作为改进的是，步骤1中柠檬酸盐与聚乙烯共混方式为螺杆共混挤出造粒。
11.作为改进的是，步骤1中热压的温度为180℃。
12.作为改进的是，步骤1中热压制备混合片的升温速率为5-25℃/min。
13.作为改进的是，步骤2中第一次升温和第二次升温的升温速率均为5-25℃/min。
14.上述多孔碳材料在制备超级电容器或电极上的应用。
15.有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法及其应用，该方法所用的原料廉价易得，操作简单，制得的多孔碳材料丰富的孔为其储存能量提供了条件，经过对制得的多孔碳材料进行电化学测试，证明其电化学性能良好。另外，本发明为废旧塑料的回收利用提供了一种新方法，符合绿色发展理念。
附图说明
16.图1为实施例1多孔碳扫描电镜图片；图2为实施例2多孔碳扫描电镜图片；图3 为本发明实施例1-2制备的多孔碳材料的拉曼光谱图；图4为本发明实施例1制备的多孔碳在-0.6-0.4 v电压范围内的循环伏安曲线图。
具体实施方式
17.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
18.实施例1步骤1，柠檬酸钾与聚乙烯(重均分子量40000g/mol)按照1：1的质量比混合，通过螺杆共混挤出造粒，并在180℃下热压制得混合片；步骤2，取3g步骤1制备的混合片于管式炉中，升温至250℃，在空气气氛下保持0.5h，继续升温至850℃，在氮气气氛下保持0.1~4h，降温得到多孔碳材料 0.8g，通过计算可知，实施例1的成碳量约为26%（计算方法为：得到的多孔碳除以聚乙烯的用量）。
19.其中，步骤2中两次升温的升温速率均为5℃/min，所得多孔碳材料的扫描电镜图如图1所示，从图1中可以看出，本发明多孔碳材料，微观结构中孔结构较均匀。
20.实施例2步骤1，将柠檬酸钾与聚乙烯(重均分子量40000g/mol)按照1：1的质量比共混，通过螺杆共混挤出造粒，并在180℃下热压制得混合片；步骤2，取3g步骤1制备的混合片于管式炉中，升温至300℃，在空气气氛下保持0.1h，继续升温至850℃，在氮气气氛下保持0.1-4h，降温得到多孔碳材料 0.6g，通过计算可知，实施例2的成碳量约为20%（计算方法为：得到的多孔碳除以聚乙烯的用量）。
21.其中，步骤2中两次升温的升温速率均为5℃/min，所得多孔碳材料的扫描电镜图如图2所示，从图2中可以看出，本发明多孔碳材料，孔结构较均匀，且与实施例1差别不大 。
22.实施例3除将柠檬酸钾与聚乙烯的质量比更改为1:20外，其余同实施例1。
23.实施例4除将柠檬酸钾与聚乙烯的质量比更改为1:100外，其余同实施例1。
24.实施例5除步骤2中的第二次升温至650℃外，其余同实施例1。
25.实施例6除步骤2的升温速率更改为25℃/min，其余同实施例1。
26.选取实施例1-3制备的多孔碳材料与纯碳为例，进行氮吸附性能的测试，所得结果
如表1所示。
27.表1不同实施例多孔碳及纯碳的氮吸附测试数据从实施例1-3所得多孔碳材料的扫描电镜以及氮吸附测试数据可以看出，本发明在柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1，升温速率为5oc/min时，步骤2的第二次升温速率为5oc/min时，所得多孔碳材料性能更好，较均匀的孔结构和较高的比表面积。
28.实施例7为了检测本发明制备的多孔碳的电化学性能，以实施例1制备的碳材料和纯碳为例，选择在-0.6-0.4v电压范围内进行性能测试。测试方法为常规，无需特别交代。
29.从图4的结果可以看出，10mv/s的扫速下，实施例1制备的中多孔碳与纯碳 cv曲线形状没有明显的区别，但是实施例1多孔碳材料的cv曲线面积明显大于纯碳的cv曲线面积，说明多孔碳材料的比电容较大，电化学性能好。
30.综上所述，本发明方法所用的原料廉价易得，操作简单，化学性能良好，制得的多孔碳材料丰富的孔为其储存能量提供了条件。另外，本发明为废旧塑料的回收利用提供了一种新方法，符合绿色发展理念。
31.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。


技术特征：
1.一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1， 制备柠檬酸钾与聚乙烯的混合片将柠檬酸盐与聚乙烯共混，造粒，并在150-210℃下热压制得混合片，所述柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1-100；步骤2，多孔碳材料的制备将混合片置于管式炉中升温至150-350℃，在空气气氛下保持0.1-24h，将其升温至500-1200℃，在氮气气氛下保持0.1-24h，得多孔碳材料。2.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中所述柠檬酸盐为柠檬酸钾或柠檬酸钠。3.根据权利要求2所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中所述柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1-20。4.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中所述的聚乙烯的重均分子量为10000—100000g/mol。5.根据权利要求4所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中所述的聚乙烯的重均分子量为40000g/mol。6.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中柠檬酸盐与聚乙烯共混方式为螺杆共混挤出造粒。7.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中热压的温度为180℃。8.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤1中热压制备混合片的升温速率为5-25℃/min。9.根据权利要求1所述的利用聚乙烯制备多孔碳的方法，其特征在于，步骤2中第一次升温和第二次升温的升温速率均为5-25℃/min。10.基于权利要求1-9中任一种多孔碳材料在制备超级电容器或电极上的应用。

技术总结
本发明公开了一种利用聚乙烯制备多孔碳的方法及其应用。将柠檬酸盐与聚乙烯共混，造粒，并在150-210℃下热压制得混合片，所述柠檬酸盐与聚乙烯质量比为1:1-100；将混合片置于管式炉中升温至150-350℃，在空气气氛下保持0.1-24h，将其升温至500-1200℃，在氮气气氛下保持0.1-24h，得多孔碳材料。本发明操作简单，成本低廉，制得的多孔碳材料可以作为电极材料应用。为废旧塑料的回收利用提供一种新的低成本的方案，得到的多孔碳材料由于其丰富的孔结构和较高的比表面积，在储能方面拥有良好的利用价值。用价值。用价值。


技术研发人员：李世云 郭宇琼 张巧玉 张露茜
受保护的技术使用者：江苏科技大学
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2022/1/21