【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及织物纤维，特别是但不限于织物微纤维和/或织物纳米纤维及其碳纳米材料转化。本专利技术扩展到将不可生物降解的织物微纤维和纳米纤维以及微塑料和纳米塑料转化为无害、无毒和/或可生物降解/生物相容的最终产品的方法，并包括用于实施这些方法的设备和/或反应器。
技术介绍
1、织物是通过编织、针织、毡制或粘合(通过机械、热或化学处理)线状纤维制成的材料，通常用于服装业。织物的特性取决于所使用的纤维类型和对其进行的处理。织物主要有三种类型：(一)天然织物，来源于可再生资源，如棉纤维(纤维素)和羊毛(蛋白质基材)；(ii)合成织物，主要来自不可再生的石化资源，如聚酯和尼龙，是微/纳米塑料污染的重大成因之一；以及(iii)半合成或再生织物，其通过溶解木材和其他来源的纤维素以纺制长丝纤维素纤维而生产。根据生产工艺和溶剂的不同，最后一种织物有不同的名称，如人造丝、莱赛尔纤维、天丝，等等。
2、塑料因其灵活性和多样性，以及轻便性和相对低廉的生产成本，已成为人们日常生活和活动中日益重要的一个方面。除了制造服装和化妆品等日常用品外，塑料在制造汽车和飞机等交通工具方面也发挥着至关重要的作用。在医学领域，塑料制品作为防腐和一次性容器和器械至关重要，可提供最重要的卫生程度。然而，尽管塑料对当今消费行业具有价值，但与用后塑料相关的环境影响已经开始困扰人类社会，并危及生态系统的平衡。
3、目前，人们对于塑料所致的环境和健康影响知之甚少。环境问题包括野生动物栖息地的诱捕破坏、摄入危险，以及塑料促进的生物体向新生态系统的运输。人类接触的
4、此外，大多数被丢弃的塑料最终会在风化、老化条件下降解成微纳塑料。近年来，由于微纳塑料的广泛存在及其对动物、人类和生态系统可能产生的有害影响，人们对它们的兴趣越来越大。目前，微纳塑料根据其来源分为初级和次级微纳塑料。由于其尺寸小、表面积与体积比大，微纳塑料容易吸收、积累污染物，并通过消化或呼吸系统在所有种类的生物体中蓄积，导致食物链整体的毒性。
5、对微纳塑料的吸入、摄入和皮肤吸收已被确定为其三种基本暴露模式。在流行病学方面，包括鼻腔癌症、气道嵌顿、呼吸系统疾病、癌症肺癌和肺沉积在内的呼吸相关疾病与吸入的聚合物颗粒有关；通过食品摄入的微纳塑料可能会对神经和心理产生影响；皮肤上使用的宏观尺寸、微塑料和纳米塑料主要与刺激有关；长期接触可能会对这些系统产生深远的影响。然而，关于其对人类的影响，仍有许多未知之处。
6、环境中的微纳塑料污染按来源分为初级和次级。初级微/纳米塑料被有目的地制造为微观颗粒，并通过污水泄漏或家庭、工业废水直接释放到环境中。初级微纳塑料可以由塑料颗粒、小球、粉末和纤维组成，用作个人护理和清洁产品添加剂或工业材料。这些颗粒具有圆形或无定形形状。例如，微珠可以来自面部磨砂膏，人造微球应用于化妆品和洗涤剂，人造树脂颗粒应用于工业原料。次级微纳塑料是由较大塑料片的降解产生的。这些聚合物的分解是由紫外线辐射、热老化、生物膜生长和氧化引起的。降解分为光降解、热降解、生物降解和热氧化降解。这些微纳塑料主要由广泛用于包装、建筑、农业、运输、织物和家用产品的塑料制品的分解而产生。
7、微纳塑料产生的主要来源之一，即织物纤维应当被仔细考虑到，该织物纤维如图1所示，其也可被称为微纤维或纳米纤维。由初级来源排放到海洋的微/纳米塑料中，洗涤产生的微塑料和纳米塑料占到总量的35％。然而，还存在其他的织物向空气和土壤排放微塑料和纳米塑料，这些塑料间接地进入海洋，也值得考虑(见图1)。此外，有必要考虑衣物使用过程中以灰尘形式排放到空气中的微米和纳米纤维，以及衣物烘干机排放的颗粒物。这些微米和纳米纤维将通过空气进入海洋和人类呼吸系统。
8、从次级来源来看，已知超过5毫米并进入环境的塑料制品会进一步劣化，可能产生微米和纳米塑料。渔业和水产养殖设备、卫生用品和土工布也是如此。此外，合成服装的填埋是微纤维和纳米纤维的另一个重要来源。快时尚的一次性和丢弃性文化造成了严重的环境、社会和经济危机。根据美国服装和鞋类协会(aafa)的数据，2015年美国产生了1600多万吨织物垃圾，其中只有15％被回收，19％被焚烧用于能源回收，其余(66％)则被扔进垃圾填埋场。据估计，聚合物材质的服装在垃圾填埋场中需要200年才能降解，并且它们会先碎裂成微米和纳米纤维。
9、目前，塑料废弃物价值化的方法包括液化、气化和/或热解。一些用于塑料升级回收的新技术也在探索中，如水热碳化、微波辅助转化、等离子体辅助转化和光重整。
10、然而，市场上没有专门为织物微纤维和纳米纤维设计的转化技术。量产塑料废弃物价值化的主要途径是塑料的生化降解和热化学处理。生化方法通过酶将聚合物分解为单体和低聚物，但通常仅对纤维素和其他天然聚合物产品有效；热化学方法将聚合物转化为由气体、油和炭/焦油组成的产品混合物。然而，这些方法都没有产生高价值、可生物降解、环保和安全的产品。
11、因此，迫切需要提供新颖有效的方法，将织物微纤维和纳米纤维转化为高价值、可生物降解和/或无定形/生物相容性和/或有用的最终产品。
技术实现思路
1、因此，在本专利技术的第一方面，提供了一种将织物微纤维和/或织物纳米纤维转化为碳纳米材料的方法，该方法包括在适合将织物微纤维和/或织物纳米纤维转化碳纳米材料的条件下对织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。
2、有利地，本专利技术的方法有效地将织物微纤维和纳米纤维转化为高价值的碳产品(即碳纳米材料)，在一些实施例中，转化为一种或多种主要包含氢气的气体，当用作能源时，其对环境的影响最小，没有碳排放。
3、令人惊讶的是，本专利技术的方法能够实现纤维废弃物的固体到固体转化，以及选择性地从中间气相或液相物质中生产高价值产品。专利技术人认为，由于起始材料的微/纳米结构性质，这可能是节能的。令人惊讶的是，在反应分离方法中处理混合纤维原料也是可能的，因为合成纤维与天然纤维的性质非常不同，从而可以控制混合纤维废弃物原料中不同反应器对催化位点的作用。
4、优选地，本专利技术的方法包括对天然、合成或半合成来源的织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。纺织品或服装的加工和处理程序(如染色)会对天然纤维的生物降解产生负面影响。此外，天然纤维经常与合成或半合成纺织面料混合，或在洗涤过程中混合，因此本专利技术的方法可以有效地应用于对天然织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。然而，更优选地，该方法包括合成或半合成织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。有利地，该方法能够使用微/纳米纤维原料，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将织物微纤维和/或织物纳米纤维转化为碳纳米材料的方法，所述方法包括在适合将所述织物微光纤和/或织物纳米纤维转化成所述碳纳米材料的条件下对所述织体微纤维和/或所述织物纳米纤维进行热裂解。
2.一种将不可生物降解的织物微纤维和/或织物纳米纤维转化为可生物降解和/或生物相容性废弃物的方法，该方法包括在适合将所述织物微纤维和/或织物纳米纤维转化成可生物降解或生物相容废弃物的条件下对所述织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法包括对天然织物微纤维和/或纳米纤维进行热裂解。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法包括对合成或半合成的织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维由表1中的任何织物获得，可选地，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维是织物废弃物，可选地，是从洗衣机的过滤器作为硬织物废弃物收集所得，和/或从干燥器的过滤器作为蓬松织物废弃物收集所得。
6.根据前述任一项权利要求所述的方
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维是自然形成的、针织的、织造的、毡制的、非织造的或粘合在一起的，可选地，经过机械、热或化学处理，可选地，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维包括塑料材料。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径或长度在0.1μm至5mm之间、0.1μm至4mm之间、0.1μm至3mm之间、0.1mm至2mm之间。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径或长度为：
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均长度在0.01mm至0.5mm之间、0.02mm至0.3mm之间或0.05mm至0.15mm之间。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径在1至100μm之间、1至75μm之间、1至50μm之间、1至40μm之间或6至36μm之间。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的热裂解包括热解。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述热解反应是批次的、分批进料的或连续的。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述热解反应在单级或多级反应器中进行，所述反应器为固定床或流化反应器。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中所述反应在用于干进料的单级固定床反应器中进行，或在用于湿进料的间歇式水热反应器中进行。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述热解反应在以下温度范围内进行：
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述热解反应在如下持续时间条件下进行：
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其中所述热解反应在大气压下进行。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中所述热解反应用载气进行，所述载气在该反应中保持惰性或碳化气氛，从而防止原料燃烧，优选地，所述载气为氩气或氮气。
20.根据权利要求12-19中任一项所述的方法，其中所述热解反应在不存在催化剂的情况下进行。
21.根据权利要求12-20中任一项所述的方法，其中所述热解反应在存在催化剂的情况下进行。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述催化剂是单金属催化剂或多金属催化剂。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述多金属催化剂选自Ni-Mg、Ni-Fe、Ni-Mg-Al、Ni/γ-Al2O3、Ni/α-Al2O3、Fe/γ-Al2O3、Fe/α-Al2O3和Ni-Fe/γ-Al2O3。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述催化剂是双金属催化剂Ni-Fe。
25.根据权利要求21-24中任一项所述的方法，其中所述催化剂由载体组合物负载，可选地，其中所述载体组合物选自金属氧化物、沸石、活性炭和氧化铝。
26.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的热裂解包括水热碳化(HTC)。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述HTC过程采用溶剂将压力调节到所需的反应条件，优选地...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于将织物微纤维和/或织物纳米纤维转化为碳纳米材料的方法，所述方法包括在适合将所述织物微光纤和/或织物纳米纤维转化成所述碳纳米材料的条件下对所述织体微纤维和/或所述织物纳米纤维进行热裂解。
2.一种将不可生物降解的织物微纤维和/或织物纳米纤维转化为可生物降解和/或生物相容性废弃物的方法，该方法包括在适合将所述织物微纤维和/或织物纳米纤维转化成可生物降解或生物相容废弃物的条件下对所述织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述方法包括对天然织物微纤维和/或纳米纤维进行热裂解。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述方法包括对合成或半合成的织物微纤维和/或织物纳米纤维进行热裂解。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维由表1中的任何织物获得，可选地，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维是织物废弃物，可选地，是从洗衣机的过滤器作为硬织物废弃物收集所得，和/或从干燥器的过滤器作为蓬松织物废弃物收集所得。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维是棉或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维是自然形成的、针织的、织造的、毡制的、非织造的或粘合在一起的，可选地，经过机械、热或化学处理，可选地，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维包括塑料材料。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径或长度在0.1μm至5mm之间、0.1μm至4mm之间、0.1μm至3mm之间、0.1mm至2mm之间。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径或长度为：
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均长度在0.01mm至0.5mm之间、0.02mm至0.3mm之间或0.05mm至0.15mm之间。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的平均直径在1至100μm之间、1至75μm之间、1至50μm之间、1至40μm之间或6至36μm之间。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述织物微纤维和/或织物纳米纤维的热裂解包括热解。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述热解反应是批次的、分批进料的或连续的。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述热解反应在单级或多级反应器中进行，所述反应器为固定床或流化反应器。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中所述反应在用于干进料的单级固定床反应器中进行，或在用于湿进料的间歇式水热反应器中进行。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述热解反应在以下温度范围内进行：
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述热解反应在如下持续时间条件...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅利斯·塞赫尔·杜亚尔，托马斯·拉米雷斯·雷纳，西尔维亚·帕里拉·拉霍兹，乔尔·帕夫拉克，理查德·文迪蒂，
申请(专利权)人：萨里大学，
类型：发明
国别省市：
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