一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法与流程

1.本发明属于车用聚丙烯回收再利用领域，具体涉及一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法。

背景技术：

2.汽车的生命周期一般为8-15年，国家规定汽车报废后各省市设有专门机构进行回收拆解，金属件除了修复和回用外，其他可以运送至钢铁厂以及铝熔炼企业进行回熔再利用。但非金属材料构件则难以进行处理。据有关部门统计，我国汽车用塑料的品种按用量多少排列，依次为pp、pvc、pu、不饱和聚酯、abs、pf、pe、pa和复合材料。聚丙烯是典型的部分结晶性热塑性树脂，其良好的性能价格比决定了它具有很宽的应用范围。近年来，随着汽车工业的迅速发展，以及聚丙烯产品的高性能化，聚丙烯的产量及需求量大幅提高，成为近10年来增长最快的车用塑料。
3.目前汽车使用大量的pp材料，可以占到整车塑料的30％。每年汽车生产使用300多万吨的pp，然而回收却不到100万吨，目前聚丙烯回收的流程是粉碎，清洗，漂洗，熔融，添加改性剂或各种催化剂改性，最后通过挤出工艺形成回收pp粒料。这样的工艺流程成具有几个缺点：首先是粉碎这道工序，由于汽车上使用pp的零件例如保险杠、散热格栅等体积都比较大，结构复杂且不规范，在将其放入粉碎机时有一定难度，很难进入破碎机；其次，汽车上使用的pp均为增强增韧型的塑料，对破碎机刀具的磨损很大，对破碎机刀具的耐磨性要求非常高，不易完成；与此同时，整个回收流程繁琐，需要进行数遍清洗和漂洗才能去除杂质。此外，生产的回收pp性能较差，使用时还需进行改性处理，增加使用成本。

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决目前现有车用增韧型聚丙烯零件结构复杂、强韧性较好，由此导致粉碎难度大，且回收过程复杂，以及回收后的pp性能较差的技术问题，提供了一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法。
5.本发明的目的之一是提供一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法，按以下步骤进行：
6.步骤1：将聚丙烯(pp)零件切割成小块；
7.步骤2：在保护气氛下向切割后pp中加入硫酸，并进行高温碳化，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得到碳粉；
8.步骤3：将ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水加入到反应釜中，超声震荡后加热进行水热反应，得到mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。
9.进一步限定，步骤1使用激光切割机切割。
10.进一步限定，步骤1小块尺寸为10-15cm3。
11.进一步限定，步骤2中硫酸与pp质量比为(3-3.5)：1。
12.进一步限定，步骤2中高温碳化为阶段式升温碳化。
13.更进一步限定，阶段式升温碳化过程：
14.加入硫酸后升温至250-350℃，保温2-3h，继续升温至1800-2200℃，保温5-6h。
15.进一步限定，步骤3中ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水的质量比为1：(1.5-2.5)：(3.5-4.5)：(100-120)。
16.进一步限定，步骤3中超声频率为230-250hz，时间为25-35min。
17.进一步限定，步骤3中水热反应温度为100-200℃，时间为5-7h。
18.本发明的目的之二是提供一种上述方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。
19.本发明的目的之三是提供一种上述方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料在超级电容器和电磁屏蔽材料中的应用。
20.本发明与现有技术相比具有的优点：
21.1)本发明采用高温碳化的方法，将pp转化为多孔碳材料，其表面含有大量的含氧官能团，具有较好的材料相容性，并且大量的官能团也使得材料的应用更加灵活，可通过各种改性手段实现声、光、电等材料性能，具有更广泛的应用场景。
22.2)本发明采用阶段升温碳化的方式，现在低温下保温一段时间，使复合材料里的添加剂分解为气体挥发，同时在加热状态下，硫酸可腐蚀去除废弃复材中的玻璃纤维，然后继续升温进行碳化，此时，硫酸又加速了聚丙烯的脱水碳化。
23.3)在反应过程中，fe3o4和mxene在静电作用下偶合，fe3o4会降低mxene表面能，与此同时，反应过程中ti3c2和多孔纳米碳材料表面的大量官能团反应，使ti3c2附着在纳米碳表面，提高纳米碳材料的表面活性，以及导电性能。
附图说明
24.图1为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的xrd图；
25.图2为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的sem图；
26.图3为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的tem图。
具体实施方式
27.具体实施方式一：本实施方式的一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法，按以下步骤进行：
28.步骤1：将聚丙烯(pp)零件切割成小块；
29.步骤2：在保护气氛下向切割后pp中加入硫酸，并进行高温碳化，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得到碳粉；
30.步骤3：将ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水加入到反应釜中，超声震荡后加热进行水热反应，得到mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。
31.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
32.步骤1使用激光切割机切割。
33.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
34.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
35.步骤1小块尺寸为10-15cm3。
36.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
37.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
38.步骤1小块尺寸为10cm3。
39.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
40.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
41.步骤2中硫酸与pp质量比为(3-3.5)：1。
42.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
43.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
44.步骤2中硫酸与pp质量比为3：1。
45.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
46.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
47.步骤2中高温碳化为阶段式升温碳化。
48.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
49.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：
50.阶段式升温碳化过程如下：
51.加入硫酸后升温至250-350℃，保温2-3h，继续升温至1800-2200℃，保温5-6h。
52.其他步骤及参数与具体实施方式七相同。
53.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
54.步骤3中ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水的质量比为1：(1.5-2.5)：(3.5-4.5)：(100-120)。
55.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
56.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
57.步骤3中ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水的质量比为1：2：4：100。
58.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
59.具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
60.步骤3中超声频率为230-250hz，时间为25-35min。
61.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
62.具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
63.步骤3中超声频率为240hz，时间为30min。
64.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
65.具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
66.步骤3中水热反应温度为100-200℃，时间为5-7h。
67.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
68.具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：
69.步骤3中水热反应温度为150℃，时间为6h。
70.其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
71.具体实施方式十五：本实施方式的一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。
72.所述mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料具有类似手风琴结构，层与层之间存在较大空隙。
73.具体实施方式十六：本实施方式的一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料在超级电容器和电磁屏蔽材料中的应用。
74.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
75.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
76.下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
77.当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本技术说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
78.本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式
79.实施例1：本实施例的一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法，按以下步骤进行：
80.步骤1：使用激光切割机将聚丙烯(pp)零件切割成尺寸为15cm3的小块；
81.步骤2：
82.s1：在氮气气氛下，向5kg切割后pp中加入15kg浓度为98％的硫酸；
83.s2：进行阶段式升温碳化，所述阶段式升温碳化具体过程为：
84.加入硫酸后先升温至300℃，保温2h，然后继续升温至2000℃，保温6h，
85.s3：过滤；
86.s4：用去离子水进行洗涤3次；
87.s5：在200℃下烘干30min；
88.s6：粉碎至粒径为50μm，得到碳粉；
89.步骤3：
90.s1：将1gti3c2、2g纳米fe3o4、4g碳粉和100g水加入到反应釜中；
91.s2：超声震荡：于240hz下超声震荡30min；
92.s3：于150℃下水热反应6h，得到mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。
93.检测试验
94.图1为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的xrd图。
95.从图1可以看出，ti3alc
2-max在2θ＝9.6
°
处有特征峰，对应的是(002)晶面。并且其在2θ＝39
°
也有一个特征峰与(008)晶面相对应。经过反应后，多层ti3c2t
x-mxene在2θ＝9.6
°
和2θ＝39
°
处的峰消失了，相反，在2θ＝9.0
°
处有一个多层ti3c2特征峰。证明mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料制备成功。
96.图2为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的sem图。
97.从图2可以看出，mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料具有类似手风琴一样的结构，层与层之间存在较大空隙。
98.图3为实施例1所得mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料的tem图。
99.从图3可以看出，fe3o4复合ti3c2后表面褶皱，并且产生大量黑斑。产生的黑斑主要是fe3o4在透射电镜下为黑的圆斑，而表面褶皱的原因则是fe3o4复合在ti3c2t
x-mxene表面使得其表面能增加，从而导致表面褶皱。
100.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：

1.一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：步骤1：将pp零件切割成小块；步骤2：在保护气氛下向切割后pp中加入硫酸，并进行高温碳化，过滤、洗涤、烘干、粉碎，得到碳粉；步骤3：将ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水加入到反应釜中，超声震荡后加热进行水热反应，得到mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1使用激光切割机切割，小块尺寸为10-15cm3。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中硫酸与pp质量比为(3-3.5)：1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中高温碳化为阶段式升温碳化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，阶段式升温碳化过程：加入硫酸后升温至250-350℃，保温2-3h，继续升温至1800-2200℃，保温5-6h。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中ti3c2、纳米fe3o4、碳粉和水的质量比为1：(1.5-2.5)：(3.5-4.5)：(100-120)。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中超声频率为230-250hz，时间为25-35min。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中水热反应温度为100-200℃，时间为5-7h。9.一种权利要求1-8任一项所述的方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料。10.一种权利要求1-8任一项所述的方法制得的mxene-fe3o4修饰的纳米碳材料在超级电容器和电磁屏蔽材料中的应用。

技术总结

一种汽车用聚丙烯复合材料的回收再利用方法。本发明属于车用聚丙烯回收再利用领域。本发明的目的是为了解决目前现有车用增韧型聚丙烯零件结构复杂、强韧性较好，由此导致粉碎难度大，且回收过程复杂，以及回收后的PP性能较差的技术问题。本发明的方法：先将PP切割成小块；然后在保护气氛下加入硫酸，进行高温碳化，得到碳粉；最后将Ti3C2、纳米Fe3O4、碳粉和水加入到反应釜中，进行水热反应，得到MXene-Fe3O4修饰的纳米碳材料。MXene-Fe3O4修饰的纳米碳材料用于制备超级电容器和电磁屏蔽材料。米碳材料用于制备超级电容器和电磁屏蔽材料。米碳材料用于制备超级电容器和电磁屏蔽材料。