本文關(guān)鍵詞：用OMMT和MgO模板催化聚合物碳化制備碳納米材料

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【摘要】：聚合物由于其優(yōu)異的性能而被廣泛地應(yīng)用于人類(lèi)的現(xiàn)代生活中,但絕大多數(shù)聚合物不是生物可降解的,所以在大量使用的同時(shí)帶來(lái)了數(shù)目龐大的的廢舊聚合物,給人類(lèi)的生存環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。如何處理日益增長(zhǎng)的廢舊聚合物,特別是塑料,已經(jīng)成為影響我國(guó)乃至全世界可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一,而碳元素是這些廢舊聚合物的主要元素。因而,將聚合物作為碳源,研究其碳化反應(yīng),來(lái)制備高附加值的碳材料是非常有必要的。這是一種極具潛力的新方法,進(jìn)而可為廢舊聚合物回收和再利用提供新的可持續(xù)的化學(xué)回收途徑。而碳納米材料因其具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和奇妙的電學(xué)、力學(xué)和機(jī)械特性以及量子尺寸效應(yīng),被廣泛地應(yīng)用于新能源、環(huán)境、生物、醫(yī)藥、信息、國(guó)防軍事等諸多領(lǐng)域。本文以有機(jī)改性蒙脫土(OMMT)和氧化鎂(MgO)為模板,分別催化廢舊聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)飲料瓶和聚苯乙烯(PS)碳化,得到碳納米材料,具體內(nèi)容如下:1、廢舊聚PET飲料瓶在OMMT模板催化劑作用下得到碳納米片(CNS),然后用KOH活化制得多孔碳納米片(PCNS)。并研究了CNS和PCNS的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、表面元素組成和熱穩(wěn)定性等。PCNS具有很高的比表面積(2236 m~2/g)和大孔體積(3.000 cm~3/g)。更為重要的是當(dāng)電流密度為0.2 A/g時(shí),PCNS在6 mol/L的KOH溶液中比電容可達(dá)169 F/g。從而提出一種可持續(xù)的回收廢舊PET制備碳材料的新方法。2、采用一鍋法,以不同形貌的MgO為模板催化劑,在700℃下成功將PS轉(zhuǎn)化為多孔碳片(PCS)和中空碳球(HCS)。利用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)和拉曼光譜等分析手段對(duì)所得到的納米碳的形貌、微觀結(jié)構(gòu)、表面元素組成、熱穩(wěn)定性和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征測(cè)試。納米碳的產(chǎn)率隨著MgO與PS的質(zhì)量比的增加而增加。氧化鎂在碳納米結(jié)構(gòu)的形狀可控生長(zhǎng)過(guò)程中起著模板劑的作用。在沒(méi)有任何活化過(guò)程的前提下,PCS和HCS的比表面積分別達(dá)到854和523 m~2/g,而將PCS作為吸附劑進(jìn)行吸附測(cè)試時(shí),對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的吸附量可達(dá)358.8 mg/g。此外,為了闡述反應(yīng)機(jī)理,我們將PS與MgO以不同的混合方式進(jìn)行了裂解實(shí)驗(yàn),并通過(guò)GC和GC-MS對(duì)裂解產(chǎn)物的組成進(jìn)行了表征。當(dāng)使用多邊體MgO時(shí),裂解得到的液體產(chǎn)物中苯乙烯的含量可達(dá)50%。這種方案提出了一種簡(jiǎn)單的方法,使用價(jià)格便宜且容易除去的模板催化劑,可將PS轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的納米碳和化工產(chǎn)品。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)改性蒙脫土 氧化鎂 聚合物 碳化反應(yīng) 碳納米材料
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-31
• 1.1 引言10
• 1.2 聚合物簡(jiǎn)介10-11
• 1.3 廢舊塑料的產(chǎn)生和回收現(xiàn)狀11-15
• 1.3.1 塑料的生產(chǎn)使用狀況11-12
• 1.3.2 廢塑料的來(lái)源及危害12-13
• 1.3.3 廢塑料的處理方式13-15
• 1.4 聚合物碳化反應(yīng)15-21
• 1.4.1 天然聚合物碳化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.2 合成聚合物碳化反應(yīng)的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.5 碳納米材料概述21-24
• 1.5.1 碳納米材料的定義及分類(lèi)21-22
• 1.5.2 石墨烯簡(jiǎn)介22-23
• 1.5.3 碳納米材料的應(yīng)用23-24
• 1.5.4 碳納米材料的制備方法24
• 1.6 模板法制備碳納米材料概述24-30
• 1.6.1 硬模板法24-26
• 1.6.2 軟模板法26
• 1.6.3 乳液模板法26-28
• 1.6.4 冰模板法28-30
• 1.7 論文的選題意義和研究?jī)?nèi)容30-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分31-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和儀器設(shè)備31-33
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料31-32
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容33-37
• 2.2.1 樣品制備33-36
• 2.2.2 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)36
• 2.2.3 裂解實(shí)驗(yàn)36-37
• 2.2.4 吸附實(shí)驗(yàn)37
• 2.3 表征37-39
• 第三章 OMMT模板催化廢舊PET飲料瓶制備多孔碳納米片39-51
• 3.1 引言39-41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論41-50
• 3.2.1 樣品的形貌和微觀結(jié)構(gòu)41-43
• 3.2.2 樣品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、表面元素組成和熱穩(wěn)定性43-48
• 3.2.3 樣品在雙電層超級(jí)電容器中的應(yīng)用48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第四章 MgO模板催化碳化PS制備多孔片層碳和中空碳球51-78
• 4.1 引言51-52
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論52-75
• 4.2.1 PCS和HCS的產(chǎn)率分析52-53
• 4.2.2 MgO以及得到的納米碳的形貌和微觀結(jié)構(gòu)53-56
• 4.2.3 樣品的晶型結(jié)構(gòu)、表面元素組成、熱穩(wěn)定性和織態(tài)結(jié)構(gòu)的分析56-63
• 4.2.4 MgO的類(lèi)型對(duì)質(zhì)量守恒、液體和氣體產(chǎn)品組成的影響63-75
• 4.2.5 成碳機(jī)理75
• 4.3 吸附亞甲基藍(lán)（MB）75-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 第五章 結(jié)論與展望78-79
• 參考文獻(xiàn)79-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果91-92
• 致謝92-94

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 湯桂蘭;胡彪;康在龍;孟辰晨;張曉雨;張麗琴;馮慧英;孫文鵬;;廢舊塑料回收利用現(xiàn)狀及問(wèn)題[J];再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì);2013年01期

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本文編號(hào)：1080150