催化裂解聚乙烯塑料制备碳纳米管及其吸附性能研究

发布时间：2024-07-05 06:32

　　碳纳米管(CNTs)由于具有优异的物理化学性能而广泛应用于吸附材料、催化剂载体及超级电容器中。本文以铁、钴和镍单金属及双金属纳米颗粒为催化剂,采用催化裂解聚乙烯的方法制备了CNTs,研究了热解温度、催化剂含量和催化剂种类以及保护剂种类和用量对聚乙烯催化裂解制备碳纳米管的影响,并对其吸附有机染料的性能进行了研究;而后,在此基础上制备了氧化石墨烯/碳纳米管超轻气凝胶,对其吸附油性液态介质的性能进行了研究。研究表明:(1)以聚乙烯为碳源,以硝酸铁、硝酸钴和硝酸镍为催化剂前驱体,采用催化热解的方法制备了碳纳米管。三种催化剂催化CNTs生长的活性依次为Ni>Fe>Co,以Ni为催化剂更有利于碳纳米管的生长;碳纳米管的适宜制备条件为973 K/2 h,催化剂的适宜用量为0.75 wt%;所制备碳纳米管的直径约为30⁵0nm,长度约为数十微米,且其长径比高达1500。(2)以聚乙烯为原料,以FeNi、FeCo及NiCo的双金属纳米颗粒为催化剂,在氩气气氛下,通过催化热解的方法制备了碳纳米管。NiCo与FeCo双金属纳米颗粒催化剂不利于CNTs的生长,FeNi双金属纳...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 文献综述
    1.1 前言
    1.2 以铁为催化剂催化裂解塑料制备CNTs
    1.3 以镍为催化剂催化裂解塑料制备CNTs
    1.4 以钴为催化剂催化裂解塑料制备CNTs
    1.5 以Ni-M(M=Mn、Mo及 Fe)为催化剂催化裂解塑料制备CNTs
    1.6 碳纳米管的吸附性能研究
        1.6.1 碳纳米管在吸附方面的应用
            1.6.1.1 碳纳米管对水中重金属离子的吸附
            1.6.1.2 碳纳米管对水中无机非金属离子的吸附
            1.6.1.3 碳纳米管对水中有机物的吸附
    1.7 论文的目的、意义及主要内容
第2章 实验
    2.1 实验原料及设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验设备
    2.2 实验制备及工艺研究
        2.2.1 Fe、Co及 Ni单金属纳米颗粒催化聚乙烯塑料热解制备CNTs
        2.2.2 FeCo、FeNi及 CoNi双金属纳米颗粒催化聚乙烯塑料热解制备CNTs
        2.2.3 保护剂种类及用量对单金属催化剂催化热解聚乙烯塑料生成CNTs的影响
        2.2.4 CNTs/石墨烯气凝胶的制备
    2.3 实验表征
        2.3.1 热重/质谱分析
        2.3.2 物相分析
        2.3.3 石墨化度表征
        2.3.4 残碳率表征
        2.3.5 显微形貌
        2.3.6 比表面积(BET)
        2.3.7 润湿角的测定
        2.3.8 吸附性能的测定
        2.3.9 磁性能的测定
        2.3.10 晶粒度计算
        2.3.11 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
        2.3.12 X射线光电子能谱光谱(XPS)
第3章 Fe、Co和 Ni纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
    3.1 Ni纳米颗粒催化热解废弃聚乙烯制备纳米碳管
        3.1.1 热解温度对制备碳纳米管的影响
        3.1.2 Ni加入量对催化热解废弃聚乙烯生成CNTs的影响
        3.1.3 Ni催化热解废弃聚乙烯生成CNTs的机理
        3.1.4 碳纳米管对亚甲基蓝的吸附性能
    3.2 Co纳米颗粒催化热解废弃聚乙烯制备碳纤维
        3.2.1 Co-O-C体系热力学计算
        3.2.2 温度对Co催化热解聚乙烯生成碳纤维的影响
        3.2.3 Co加入量对催化热解聚乙烯生成碳纤维的影响
        3.2.4 Co催化热解聚乙烯所制备碳纤维的TEM表征
        3.2.5 碳纤维对亚甲基蓝的吸附性能
    3.3 Fe催化热解废弃聚乙烯制备碳纳米管
    3.4 Fe、Co和 Ni催化热解聚乙烯制备一维碳材料的对比
    3.5 小结
第4章 FeNi、NiCo及 FeCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
    4.1 FeNi双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
        4.1.1 温度对FeNi双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响
        4.1.2 FeNi双金属纳米颗粒加入量对催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响.
        4.1.3 FeNi双金属纳米颗粒摩尔比对催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响.
        4.1.4 FeNi双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯所制备碳纳米管的TEM表征..
    4.2 NiCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
        4.2.1 温度对NiCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响..
        4.2.2 NiCo双金属纳米颗粒加入量对催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响
        4.2.3 NiCo双金属纳米颗粒摩尔比对催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响
        4.2.4 NiCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管的TEM表征
    4.3 FeCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
    4.4 FeNi、NiCo及 FeCo双金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管的对比
    4.5 小结
第5章 保护剂种类及用量对单金属纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管的影响
    5.1 保护剂作用下Co纳米颗粒催化剂催化热解聚乙烯制备碳纳米管
        5.1.1 保护剂种类对制备碳纳米管的影响
        5.1.2 油胺与保护剂比例对制备碳纳米管的影响
        5.1.3 反应温度对制备碳纳米管的影响
        5.1.4 催化剂用量对制备碳纳米管的影响
        5.1.5 碳纳米管的TEM表征
        5.1.6 碳纳米管对亚甲基蓝的吸附性能
    5.2 保护剂作用下Ni纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
        5.2.1 保护剂种类对制备碳纳米管的影响
        5.2.2 保护剂用量对制备碳纳米管的影响
        5.2.3 反应温度对制备碳纳米管的影响
        5.2.4 催化剂用量对制备碳纳米管的影响
        5.2.5 碳纳米管的显微结构
    5.3 保护剂作用下Fe纳米颗粒催化热解聚乙烯制备碳纳米管
    5.4 保护剂作用下的Fe、Co和 Ni催化热解聚乙烯制备碳纳米管的对比
    5.5 小结
第6章 CNTs/石墨烯超轻气凝胶的制备及其油性液态介质吸附性能
    6.1 固含量对制备CNTs/石墨烯气凝胶的影响
        6.1.1 超轻气凝胶的弹性及密度
        6.1.2 超轻气凝胶吸附性能
    6.2 CNTs的含量对制备CNTs/石墨烯气凝胶的影响
        6.2.1 超轻气凝胶弹性表征
        6.2.2 超轻气凝胶的水润湿性能及吸附性能
    6.3 超轻气凝胶的微观结构表征
    6.4 小结
第7章 结论
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：4001184