本發(fā)明屬于塑料加工，特別是涉及一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚乙烯(pe)是全球使用最廣泛的塑料之一，僅在2021年其產(chǎn)量就達(dá)到了1.18億噸。在中國(guó)，每年僅地膜應(yīng)用就超過(guò)了235萬(wàn)噸，農(nóng)膜在土地的殘留會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物的減產(chǎn)。盡管已經(jīng)開發(fā)了包括機(jī)械回收、化學(xué)回收、生物回收和熱處理在內(nèi)的多種方法來(lái)回收pe，在目前市場(chǎng)回收方法中，使所得產(chǎn)品應(yīng)用能達(dá)到盈利點(diǎn)，使pe回收變得有利可圖是推動(dòng)pe回收自我維持的關(guān)鍵。但由于pe價(jià)格低廉，可盈利的pe回收方式不允許應(yīng)用復(fù)雜、昂貴和能源消耗大的技術(shù)，致使所得產(chǎn)品容易降解或產(chǎn)生污染，只適合低附加值的應(yīng)用，即所謂的“降級(jí)循環(huán)”。因此，將回收的pe用于高附加值應(yīng)用，即所謂的“升級(jí)循環(huán)”，能夠試行的方法非常少。

2、另一方面，利用碳納米管(cnt)通過(guò)熔融共混改善聚乙烯，即添加cnt改善pe電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度。但大部分研究?jī)H在pe中添加少量cnt，中國(guó)專利一種阻燃耐熱納米氧化鎂摻雜聚乙烯直流電纜復(fù)合材料(公開號(hào)cn105778221a，公開日期2016年7月20)中包括多壁碳納米管1.2-1.5、聚乙烯90-91，碳納米管與聚乙烯比例不超過(guò)10％。因在高pe含量下，cnt包埋在pe材料內(nèi)部，碳納米管之間因pe導(dǎo)致粘連，在應(yīng)用時(shí)難以充分分散，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料強(qiáng)度和電導(dǎo)率的有效平衡，而pe不溶于常規(guī)溶劑，冷卻固化時(shí)容易結(jié)塊，且pe結(jié)晶度高易產(chǎn)生界面相容性問(wèn)題，致使電阻較大不適用于電導(dǎo)率要求高的電子器件應(yīng)用，中國(guó)專利一種阻燃功能化碳納米管改性聚乙烯材料(公開號(hào)cn119391067a，公開日期2025年2月7日)與中國(guó)專利一種氧化碳納米管改性聚乙烯醇形狀記憶纖維的制備方法(公開號(hào)cn112160037a，公開日期2021年1月1日)通過(guò)化學(xué)共價(jià)接枝等技術(shù)對(duì)cnt進(jìn)行表面修飾以提高電導(dǎo)率，其技術(shù)復(fù)雜且經(jīng)濟(jì)效益差。因此，亟需一種讓pe實(shí)現(xiàn)高附加值利用與最終產(chǎn)品廢舊物綠色無(wú)害化的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法及應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)pe高附加值利用與最終產(chǎn)品廢舊物綠色無(wú)害化，為pe的升級(jí)回收提供了新的系統(tǒng)化路徑。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、收集廢舊聚乙烯制品切碎，清洗去除雜質(zhì)后過(guò)濾烘干；

4、s2、稱量廢舊聚乙烯碎片加入至二甲苯溶液，磁力攪拌混合，攪拌完成后置于布氏漏斗中進(jìn)行抽濾，去除不溶性雜質(zhì)后收集濾液；

5、s3、稱量碳納米管加入濾液中，繼續(xù)加熱混合，制得膠體溶液；

6、s4、將膠體溶液滴入到環(huán)己酮溶液中并超聲混合，過(guò)濾析出的粉末沉淀并用乙醇溶液洗滌，干燥后制得復(fù)合粉末；

7、s5、稱量復(fù)合粉末、活性炭并混合，置于球磨機(jī)中研磨，制得電極粉末，稱量電極粉末倒入圓形模具中，將圓形模具在液壓機(jī)下壓制制得圓形電極顆粒，將圓形電極顆粒退火后制得聚乙烯包覆碳納米管電極。

8、進(jìn)一步的，步驟s2中，所述廢舊聚乙烯碎片質(zhì)量為1～1.3g，所述二甲苯溶液體積為25～50ml，所述磁力攪拌為在125～145℃溫度下磁力攪拌混合20～30min。

9、進(jìn)一步的，步驟s2中，所述布氏漏斗提前預(yù)熱至90～95℃。

10、進(jìn)一步的，步驟s3中，所述碳納米管質(zhì)量為1～1.2g，所述加熱溫度為125～145℃，所述混合時(shí)間為30-60min。

11、進(jìn)一步的，步驟s4中，所述膠體溶液滴入時(shí)間為30-60min。

12、進(jìn)一步的，步驟s4中，所述環(huán)己酮溶液體積為80～250ml，所述環(huán)己酮溶液溫度為50～90℃。

13、進(jìn)一步的，步驟s5中，所述復(fù)合粉末、活性炭的質(zhì)量比為1～3：2。

14、進(jìn)一步的，步驟s5中，所述退火為將圓形電極顆粒在140～160℃下加熱10min。

15、本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種上述制備方法得到的聚乙烯包覆碳納米管電極材料用于制備鋅離子電容器、脫鹽凈水裝置。

16、本發(fā)明的有益效果是：

17、(1)本發(fā)明制備方法為一步法，制備工藝簡(jiǎn)單且無(wú)需化學(xué)反應(yīng)，將膠體溶液滴入環(huán)己酮溶液時(shí)，pe緩慢而均勻的析出并緊密包裹在cnt表面，實(shí)現(xiàn)cnt被納米級(jí)(<2nm)pe均勻包覆，與納米級(jí)的良好分散性，使pe溶液與cnt之間相容性優(yōu)異。在納米尺度下pe可產(chǎn)生量子隧道效應(yīng)，使電荷能夠穿過(guò)導(dǎo)通的薄膜，從而提升材料整體的電導(dǎo)率，解決了目前在高pe含量下復(fù)合材料的電導(dǎo)率低的問(wèn)題，且利于cnt-pe良好的粘結(jié)能力與具有儲(chǔ)能活性的活性炭粘結(jié)，進(jìn)一步賦予電極儲(chǔ)能效果，為將pe應(yīng)用于高附加值領(lǐng)域提供了新的方法。

18、(2)本發(fā)明制備方法中所采用的二甲苯與環(huán)己酮溶液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單蒸餾即可實(shí)現(xiàn)溶劑的分離再利用，其回收率高于95％，過(guò)濾回收溶劑可使得減少制備過(guò)程中的污染與排放。本發(fā)明所使用的超聲混合令所析出粉末沉淀非常均勻，進(jìn)一步的提升了其分散效果。

19、(3)本發(fā)明基于pe-cnt材料的導(dǎo)電性與高度可分散性，設(shè)計(jì)了以pe-cnt材料為關(guān)鍵材料的壓片電極材料，其具有很高的有效活性材料質(zhì)量負(fù)載，均超過(guò)200mah?g-1，并基于此性能提出了鋅離子電容器、脫鹽凈水裝置的應(yīng)用設(shè)計(jì)，并通過(guò)燃燒試驗(yàn)證明其熱值與灰分元素組成，而將灰分用作肥料不會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響，基于pe-cnt材料建立了一個(gè)能集成儲(chǔ)能、燃料和肥料應(yīng)用場(chǎng)景的全綠色塑料回收利用pe技術(shù)體系，展示了一種將回收pe將其轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品的創(chuàng)新方法。

技術(shù)特征：

1.一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述廢舊聚乙烯碎片質(zhì)量為1～1.3g，所述二甲苯溶液體積為25～50ml，所述磁力攪拌為在125～145℃溫度下磁力攪拌混合20～30min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述布氏漏斗提前預(yù)熱至90～95℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述碳納米管質(zhì)量為1～1.2g，所述加熱溫度為125～145℃，所述混合時(shí)間為30-60min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述膠體溶液滴入時(shí)間為30-60min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述環(huán)己酮溶液體積為80～250ml，所述環(huán)己酮溶液溫度為50～90℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中，所述復(fù)合粉末、活性炭的質(zhì)量比為1～3：2。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法，其特征在于，步驟s5中，所述退火為將圓形電極顆粒在140～160℃下加熱10min。

9.一種如權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述制備方法得到的聚乙烯包覆碳納米管電極材料用于制備鋅離子電容器、脫鹽凈水裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種聚乙烯包覆碳納米管電極材料的制備方法及應(yīng)用，屬于塑料加工技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：收集廢舊聚乙烯制品切碎，清洗去除雜質(zhì)后過(guò)濾烘干；將廢舊聚乙烯碎片加入至二甲苯溶液磁力攪拌混合，完成后加入布氏漏斗中進(jìn)行抽濾并收集濾液；稱量碳納米管加入濾液中，繼續(xù)加熱混合，制得膠體溶液；將膠體溶液滴入到環(huán)己酮溶液中并超聲混合，析出粉末沉淀后過(guò)濾并用乙醇溶液洗滌，干燥后制得復(fù)合粉末；將復(fù)合粉末與活性炭混合置于球磨機(jī)中研磨制得電極粉末，將電極粉末倒入圓形模具中，在液壓機(jī)下壓制制得圓形電極顆粒，將圓形電極顆粒退火后制得聚乙烯包覆碳納米管電極。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)聚乙烯高附加值利用與最終產(chǎn)品廢舊物綠色無(wú)害化。

技術(shù)研發(fā)人員：何俊杰,李靖,梁玉,羅蘭,宋友恒,張靜靜,李泓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15