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铁基催化剂制备及其催化废塑料裂解制碳纳米管性能研究

铁基催化剂制备及其催化废塑料裂解制碳纳米管性能研究

引用

作者：乔惠敏长春工业大学

学位级别：硕士

塑料制品以其轻巧、耐用和低成本等优点,在全球生产和日常消费中扮演了不可或缺的角色,然而这也不可避免地导致了塑料废弃物的大量累积。因此,探究废塑料的清洁、高效利用成为亟待解决的问题。本文以废塑料为原料,并采用浸渍法制备Fe/Al... 详细信息

塑料制品以其轻巧、耐用和低成本等优点,在全球生产和日常消费中扮演了不可或缺的角色,然而这也不可避免地导致了塑料废弃物的大量累积。因此,探究废塑料的清洁、高效利用成为亟待解决的问题。本文以废塑料为原料,并采用浸渍法制备Fe/AlO催化剂,通过固定床反应器催化裂解制备高附加值碳纳米管（CNTs）。论文主要包括以下三个方面:（1）首先,采用两段式固定床反应工艺,选取低密度聚乙烯（LDPE）作为典型的废塑料原料代表、Fe/AlO为催化剂,探究反应温度以及氮气流速等因素对LDPE催化裂解生成CNTs过程的影响。实验结果表明适宜的温度调控及气体流速优化对于提高碳源的高效转化以及CNTs的产率具有积极促进作用。（2）在此基础上,为了进一步提高CNTs的产率,在固定床反应器的上部和下部阶段之间引入HZSM-5分子筛。对比分析了添加和未添加HZSM-5分子筛时,从LDPE制备的CNTs的形貌特征和产率变化。结果显示,HZSM-5分子筛的引入显著提高了CNTs的长度和产率。此外,这种促进作用同样适用于其他类型的聚合物废弃物,包括但不限于高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）,表明HZSM-5分子筛独特的酸性和多孔结构有助于热解气体的二次裂解和轻烃的形成,从而促进了高质量CNTs的合成。（3）最后,致力于开发新型高效的催化剂体系,通过设计并制备一系列不同铁负载量和煅烧温度的Fe/AlO催化剂,深入研究了铁负载量与煅烧温度对CNTs生长的影响。结果表明,增加铁负载量可以提供更多的CNTs生长活性位点,虽然加剧了碳源的竞争,但总体上提升了CNTs的产率;与此同时,CNTs长度有所减少。而降低煅烧温度则减少了铁位点与氧化铝载体之间的相互作用,有利于暴露更多的活性位点,从而有效提高了CNTs的产率和平均长度。

关键词：碳纳米管铁铝催化剂 HZSM-5 废塑料催化裂化

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