用OMMT和MgO模板催化聚合物碳化制备碳纳米材料

发布时间：2017-10-22 21:18

  本文关键词：用OMMT和MgO模板催化聚合物碳化制备碳纳米材料

  更多相关文章： 有机改性蒙脱土 氧化镁 聚合物 碳化反应 碳纳米材料

【摘要】：聚合物由于其优异的性能而被广泛地应用于人类的现代生活中,但绝大多数聚合物不是生物可降解的,所以在大量使用的同时带来了数目庞大的的废旧聚合物,给人类的生存环境带来了严重的影响。如何处理日益增长的废旧聚合物,特别是塑料,已经成为影响我国乃至全世界可持续发展的重要因素之一,而碳元素是这些废旧聚合物的主要元素。因而,将聚合物作为碳源,研究其碳化反应,来制备高附加值的碳材料是非常有必要的。这是一种极具潜力的新方法,进而可为废旧聚合物回收和再利用提供新的可持续的化学回收途径。而碳纳米材料因其具有独特的结构和奇妙的电学、力学和机械特性以及量子尺寸效应,被广泛地应用于新能源、环境、生物、医药、信息、国防军事等诸多领域。本文以有机改性蒙脱土(OMMT)和氧化镁(MgO)为模板,分别催化废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)饮料瓶和聚苯乙烯(PS)碳化,得到碳纳米材料,具体内容如下:1、废旧聚PET饮料瓶在OMMT模板催化剂作用下得到碳纳米片(CNS),然后用KOH活化制得多孔碳纳米片(PCNS)。并研究了CNS和PCNS的形貌、微观结构、结晶结构、孔结构、表面元素组成和热稳定性等。PCNS具有很高的比表面积(2236 m~2/g)和大孔体积(3.000 cm~3/g)。更为重要的是当电流密度为0.2 A/g时,PCNS在6 mol/L的KOH溶液中比电容可达169 F/g。从而提出一种可持续的回收废旧PET制备碳材料的新方法。2、采用一锅法,以不同形貌的MgO为模板催化剂,在700℃下成功将PS转化为多孔碳片(PCS)和中空碳球(HCS)。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)和拉曼光谱等分析手段对所得到的纳米碳的形貌、微观结构、表面元素组成、热稳定性和孔结构进行了表征测试。纳米碳的产率随着MgO与PS的质量比的增加而增加。氧化镁在碳纳米结构的形状可控生长过程中起着模板剂的作用。在没有任何活化过程的前提下,PCS和HCS的比表面积分别达到854和523 m~2/g,而将PCS作为吸附剂进行吸附测试时,对亚甲基蓝(MB)的吸附量可达358.8 mg/g。此外,为了阐述反应机理,我们将PS与MgO以不同的混合方式进行了裂解实验,并通过GC和GC-MS对裂解产物的组成进行了表征。当使用多边体MgO时,裂解得到的液体产物中苯乙烯的含量可达50%。这种方案提出了一种简单的方法,使用价格便宜且容易除去的模板催化剂,可将PS转化成高价值的纳米碳和化工产品。
【关键词】：有机改性蒙脱土 氧化镁 聚合物 碳化反应 碳纳米材料
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-31
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物简介10-11
• 1.3 废旧塑料的产生和回收现状11-15
• 1.3.1 塑料的生产使用状况11-12
• 1.3.2 废塑料的来源及危害12-13
• 1.3.3 废塑料的处理方式13-15
• 1.4 聚合物碳化反应15-21
• 1.4.1 天然聚合物碳化反应的研究现状15-17
• 1.4.2 合成聚合物碳化反应的研究现状17-21
• 1.5 碳纳米材料概述21-24
• 1.5.1 碳纳米材料的定义及分类21-22
• 1.5.2 石墨烯简介22-23
• 1.5.3 碳纳米材料的应用23-24
• 1.5.4 碳纳米材料的制备方法24
• 1.6 模板法制备碳纳米材料概述24-30
• 1.6.1 硬模板法24-26
• 1.6.2 软模板法26
• 1.6.3 乳液模板法26-28
• 1.6.4 冰模板法28-30
• 1.7 论文的选题意义和研究内容30-31
• 第二章 实验部分31-39
• 2.1 实验原料和仪器设备31-33
• 2.1.1 实验原料31-32
• 2.1.2 实验仪器和设备32-33
• 2.2 实验内容33-37
• 2.2.1 样品制备33-36
• 2.2.2 电化学实验36
• 2.2.3 裂解实验36-37
• 2.2.4 吸附实验37
• 2.3 表征37-39
• 第三章 OMMT模板催化废旧PET饮料瓶制备多孔碳纳米片39-51
• 3.1 引言39-41
• 3.2 实验结果与讨论41-50
• 3.2.1 样品的形貌和微观结构41-43
• 3.2.2 样品的结晶结构、孔结构、表面元素组成和热稳定性43-48
• 3.2.3 样品在双电层超级电容器中的应用48-50
• 3.3 本章小结50-51
• 第四章 MgO模板催化碳化PS制备多孔片层碳和中空碳球51-78
• 4.1 引言51-52
• 4.2 实验结果与讨论52-75
• 4.2.1 PCS和HCS的产率分析52-53
• 4.2.2 MgO以及得到的纳米碳的形貌和微观结构53-56
• 4.2.3 样品的晶型结构、表面元素组成、热稳定性和织态结构的分析56-63
• 4.2.4 MgO的类型对质量守恒、液体和气体产品组成的影响63-75
• 4.2.5 成碳机理75
• 4.3 吸附亚甲基蓝（MB）75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 第五章 结论与展望78-79
• 参考文献79-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 汤桂兰;胡彪;康在龙;孟辰晨;张晓雨;张丽琴;冯慧英;孙文鹏;;废旧塑料回收利用现状及问题[J];再生资源与循环经济;2013年01期

2 张莉萍;周秀华;;塑料废弃物对海洋的污染危害和防治对策初探[J];丹东海工;2012年01期

3 韩立钊;王同林;姚燕;;“白色污染”的污染现状及防治对策研究[J];中国人口·资源与环境;2010年S1期

4 崔辉;塑料废弃物的回收与再生[J];再生资源研究;2002年06期

5 熊汉国,曾庆想;国内降解塑料的生产现状及发展中应注意的问题[J];化工环保;2000年03期

，

本文编号：1080150