非负载型过渡金属氧化物催化剂与氯调控混合聚烯烃降解生成纳米碳材料的反应机理研究

The major problem of converting polymer into carbon is how to modulate the degradation reaction of polymer and the chemical vapor deposition of degraded product. The key to solve it is the choice of combined catalysts. Mixed polyolfins are used as research target. We will design and prepare unsurpported transition metal oxide with various structrue and morphology according to that Ni2O3 and chlorine in PVC can play a combined catalytic role. We will study the catalytic carbonization role of catalysts to mixed olefins and the degradation products and obtained carbon material will be characterized. The relation between the composition of polyolefins, the structure and nature of catalyst and the productivity and morphology of carbon will be established. Effect of unsuppported transition metal oxides on the vapor deposition of degraded products will also be disscussed. We will establish the role of lattice oxgen in the dehydrogenation and aromatization by react lattice oxygen and modle molecule. We hope clarify the reaction mechanism of converting mixed polyolefin into carbon catalyzed by combined unsuppported transition metal oxides and chlorine. This work will contribute to develop new method of low-cost and high-value added recycling of waste polyolefins.

如何有效调控聚合物的降解反应和降解产物的气相沉积反应是聚合物降解成碳过程中面临的主要问题，解决此问题的关键是组合催化体系的选择。本项目以混合聚烯烃为研究对象，依据混合聚烯烃中聚氯乙烯的氯与Ni2O3可以起到组合催化的作用，设计合成不同结构与形貌的非负载型过渡金属氧化物催化剂，研究它们对混合聚烯烃的催化成碳作用，通过分析表征聚合物的降解产物和纳米碳材料，建立聚烯烃组成、催化剂结构和性质及碳产物产率与形貌之间的关系，探索非负载型过渡金属氧化物催化剂对聚合物降解产物气相沉积反应的控制因素。研究催化剂中晶格氧与聚合物降解产物模型分子之间的作用，阐明晶格氧在脱氢、芳构化反应过程中的作用。通过以上研究，揭示非负载型过渡金属氧化物催化剂与聚氯乙烯中的氯组合催化混合聚烯烃降解成碳反应的机理，为建立低成本、高值化回收废旧聚烯烃新方法提供理论指导。

如何有效调控聚合物的降解反应和降解产物的气相沉积反应是聚合物碳化反应中面临的主要问题，解决此问题的关键是组合催化体系的选择。本项目重点研究了非负载型过渡金属氧化物、晶格氧和卤素对单个或混合聚烯烃碳化反应的影响规律，阐明了影响聚合物降解反应和降解产物气相沉积反应的主要因素，取得了预期的结果。本项目首先开展了卤化物/NiO组合催化剂催化聚丙烯或不同链结构的聚乙烯碳化制备碳纳米管的研究，揭示了卤素含量和种类对碳纳米管产率、形貌及聚合物降解产物的分布和组成的影响规律，阐明了卤化物/NiO组合催化聚烯烃碳化的反应机理。系统的研究了非负载型过渡金属氧化物的种类、粒径尺寸和晶格氧含量等对碳产物产率、结构和形貌的影响规律，揭示了非负载型过渡金属氧化剂的成碳机理，明确了废弃聚合物中的无机填料对中空碳球生长的影响机制。在此基础上，建立了模板催化碳化聚烯烃制备纳米碳材料的反应策略，研究了氧化镁和有机改性蒙脱土对成碳率、碳纳米薄片形貌与结构及降解产物组成的影响规律，阐明了模板作为聚合物降解催化剂和碳化反应催化剂的双重作用。该项目对于发展低成本/高值化回收废弃聚烯烃新方法具有重要意义。项目执行以来，共发表SCI收录论文13篇，申请发明专利2项，其中1项获得授权。