废塑料催化热解制备碳纳米管及其生长机理

塑料因优异的易塑性、持久性、耐腐蚀等被广泛应用于生活中的各个角落。然而塑料在使用过程由于难降解、回收利用率低等缺点对环境造成严重污染。本文以低密度聚乙烯(LDPE)为原料,以硝酸镍为催化剂前体,通过一步热解法将聚乙烯塑料制备成具有高价值的碳纳米管(CNTs),通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及气相色谱-质谱等技术对其结构和生长机制进行表征与分析。研究热解温度(600~900℃)和硝酸镍加入量(0.5%~2.0%)对CNTs结构形貌的影响。结果表明,在温度为800℃、硝酸镍质量分数1.0%的条件下制备得到形貌结构较好的CNTs。该条件下CNTs为多壁碳纳米管,石墨化度较高,长度为5~15μm,管平均外径为(28.43±0.56)nm,平均内径为(11.03±0.61)nm,层间距为0.340nm,接近碳纳米管的最理想的石墨层间距(d=0.3354nm)。结合气相色谱-质谱技术研究了CNTs的生长机理与模型,剖析出CNTs为顶端生长模型。将制备的CNTs用于去除废水中的微塑料并表现出了较好的去除性能,实现了“以废治废”。本研究以LDPE为原料采用一步热解法得到形貌结构优异的CNTs,实现了塑料的高质化利用,并为其他相似废弃物的利用提供了借鉴。