一种以废弃塑料为碳源制备纳米Cr7C3的方法及其应用

本发明涉及cr7c3纳米材料制备，具体为一种以废弃塑料为碳源制备纳米cr7c3的方法及其应用。

背景技术：

1、cr7c3作为一种超高温陶瓷材料，具有优异的物理和化学性能，如高硬度、高熔点、高耐磨性、较好的化学稳定性和热稳定性，是一种在高温环境下具有良好的耐磨、耐腐蚀、抗氧化的高熔点的材料，与镍铬合金制得的硬质合金颗粒，采用等离子喷涂法，可作为耐高温、耐磨、耐氧化与耐酸涂层，广泛用在飞机发动机和石油化工机械器件上，可大大提高机械的寿命，也常用作硬质合金的晶粒细化剂及其他耐磨、耐腐蚀元件，以cr3c2为基体的金属陶瓷在高温下有极优异的抗氧化性能。粗粒碳化铬作为熔喷材料在金属及陶瓷表面形成熔喷覆膜，赋予后者以耐磨、耐热、耐蚀等性能，广泛用于飞机发动机及石油化工机械器件上，以大大提高机械寿命，也可用于喷制半导体膜。

2、目前，制备cr7c3的方法主要是用氧化铬与碳反应还原合成法(ceram.inter.,2017,43,10614-6018.)、金属铬与碳反应(mater.sci.eng.a,2005,399,154-160.j.mater.process tech.,2005,162,15-19.)和熔盐法(j.alloys compd.,2020,849,156508,micropor.mesopor.mater.,2021,318,111030)。

3、工业上制备cr7c3主要是用碳热还原氧化铬(cr2o3)，然而碳还原氧化铬制备cr7c3材料需要较高的反应温度，反应温度大约为1500摄氏度，反应需要的时间较长，且得到的样品容易团聚，分散性差。因此，为了节约能源、降低生产成本，有必要探索一种原料廉价、工艺简单、在较低的温度下制备纳米碳化铬材料的制备方法，以便更好地满足碳化铬纳米材料在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等领域的应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：如何改进纳米碳化铬的制备方法，使得反应温度和生产成本降低。

2、本发明以废弃塑料即废聚四氟乙烯为碳源，以金属锂为还原剂，一步化学反应实现废弃塑料向cr7c3纳米材料的转化，大大降低了碳化铬制备过程的反应温度，原料来源广泛而且廉价，解决了废弃塑料造成的环境问题，降低了生产成本；同时本发明制备的cr7c3还可作为锂硫电池隔膜修饰材料，提高了锂硫电池的电化学稳定性。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，包括如下步骤：

4、s1：称取含铬氧化物、废弃塑料、金属锂，置于反应器中加热反应；

5、s2：反应结束后收集产物，并对产物进行洗涤、过滤、真空干燥，得到纳米cr7c3材料。

6、优选的，所述含铬氧化物、废弃塑料、金属锂的质量比为1：0.2～1：1～10。

7、优选的，所述含铬氧化物为三氧化二铬、三氧化铬、k2cr2o7中的一种或几种，所述废弃塑料是指废弃聚四氟乙烯。

8、优选的，所述反应器为不锈钢高压釜。

9、优选的，所述加热反应的温度为500～700℃、时间为5～50h。

10、优选的，所述洗涤所用的溶液为蒸馏水、稀盐酸和无水乙醇，分别洗涤3～5次。

11、优选的，所述真空干燥的温度为40～60℃、时间为3～6h。

12、一种cr7c3纳米材料，由上述的方法制备得到。

13、上述的一种cr7c3纳米材料作为隔膜修饰材料在锂硫电池中的应用。

14、优选的，所述应用具体为：将cr7c3纳米材料、导电剂和粘结剂按照7～8：1～2：1的比例混合，加水磨匀后均匀涂覆在pp隔膜的一侧，真空干燥后得到修饰隔膜，组装锂硫电池。

15、技术方案中涉及的反应方程如下：

16、(1)7cr2o3+6/n[cf2]n+54li＝2cr7c3+21li2o+12lif；

17、(2)7cro3+3/n[cf2]n+48li＝cr7c3+21li2o+6lif；

18、(3)7k2cr2o7+6/n[cf2]n+90li＝2cr7c3+49li2o+6lif+14kf。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、(1)本发明以废弃塑料即废聚四氟乙烯为碳源，以金属锂为还原剂，一步化学反应实现废弃塑料向cr7c3纳米材料的转化，其中反应温度仅为500～700℃，相较于现有技术中的1500℃，反应温度大大降低，且制备得到的cr7c3纳米材料纯度较高、结晶性好。

21、(2)本发明的原料来源广泛且廉价，解决了废弃塑料造成的环境问题，同时本方法生产工艺所需要的生产设备简单，操作便捷，生产成本较低，有利于实现工业化生产。

22、(3)本发明制备的cr7c3纳米材料还可作为锂硫电池隔膜的修饰材料，提高了锂硫电池的电化学稳定性。

技术特征：

1.一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述含铬氧化物、废弃塑料、金属锂的质量比为1：0.2～1：1～10。

3.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述含铬氧化物为三氧化二铬、三氧化铬、k2cr2o7中的一种或几种，所述废弃塑料是指废弃聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述反应器为不锈钢高压釜。

5.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述加热反应的温度为500～700℃、时间为5～50h。

6.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述洗涤所用的溶液为蒸馏水、稀盐酸和无水乙醇，分别洗涤3～5次。

7.根据权利要求1所述的一种以废弃塑料为碳源制备cr7c3纳米材料的方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为40～60℃、时间为3～6h。

8.一种cr7c3纳米材料，其特征在于，由权利要求1所述的方法制备得到。

9.权利要求8所述的一种cr7c3纳米材料作为隔膜修饰材料在锂硫电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，具体为：将cr7c3纳米材料、导电剂和粘结剂按照7～8：1～2：1的比例混合，加水磨匀后均匀涂覆在pp隔膜的一侧，真空干燥后得到修饰隔膜，组装锂硫电池。

技术总结
本发明涉及Cr<subgt;7</subgt;C<subgt;3</subgt;纳米材料制备技术领域，具体为一种以废弃塑料为碳源制备纳米Cr<subgt;7</subgt;C<subgt;3</subgt;的方法及其应用，本发明以废弃塑料即废聚四氟乙烯为碳源，以金属锂为还原剂，一步化学反应实现废弃塑料向Cr<subgt;7</subgt;C<subgt;3</subgt;纳米材料的转化，大大降低了碳化铬制备过程的反应温度，原料来源广泛而且廉价，解决了废弃塑料造成的环境问题，降低了生产成本；同时本发明制备的Cr<subgt;7</subgt;C<subgt;3</subgt;还可作为锂硫电池隔膜修饰材料，提高了锂硫电池的电化学稳定性。

技术研发人员：王良彪,黄子迅,刘维桥,倪庆婷,杨廷海
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27