第二屆“創青春”中國青年碳中和創新創業大賽華中區域決賽金獎
指導教師：龔江、于潔、唐濤、姚坤、王威
指導學生：劉秋璇、x、覃夢婷、栗倩倩、楊靜、王慧悅、溫雪瑩、韋乾宇、畢思征、王鵬程
項目概述
當今社會，塑料被廣泛應用于日常生活中。我國是全球第一塑料生產與消費大國。近幾年我國塑料年產量維持在7000~8000萬噸。習總書記在黨的二十大報告中強調，必須牢固樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，深入推進環境污染防治，積極穩妥推進“碳中和”。廢塑料的處理方法主要分為能量回收和物質回收。能量回收是將廢棄塑料直接焚燒用于發電，會產生大量溫室氣體。物質回收又分為物理回收和化學回收。物理回收會造成產品的降級使用。化學回收包括化學溶劑分解、熱催化裂解、催化碳化等，其中催化碳化制備碳材料有利于推動變廢為寶的可持續發展，減少CO2排放，助力“碳中和”。每回收1噸廢塑料相當于減少1.5~2.2噸碳排放。另一方面，碳納米管是一種一維碳納米材料，具有獨特的力學，電學和化學性能，尤其是導電率是銅的一萬倍。得益于碳納米管優異的導電性能，將其應用于鋰離子電池導電漿液市場巨大。2023年工信部發布的鋰離子電池的運行情況報告中顯示：2022年中國鋰離子電池行業總產值突破1.2萬億元；其中正極材料產量高達185萬噸。2021年全球碳納米管漿料達到450億規模，預計到2025年達到2500億規模。
針對廢棄塑料處理的難點、痛點，我們提出組合催化劑法將塑料轉化為碳納米管。組合催化劑包括降解催化劑與成碳催化劑，也即在降解催化劑作用下廢棄塑料轉化為小分子烯烴產物，之后在成碳催化劑作用下催化這些小分子產物碳化制備碳管，具有精確調控、速率快、產率高、形貌可控、裝置簡單、易放大等優點。我們與廣東碳語新材料有限公司建立了全球第一條廢棄塑料制備碳納米管中試生產線，規模為9000公斤/年。我們的碳管相比于傳統碳管，結構易控制，成本僅為商業化碳管的1/3。我們將碳管應用于鋰離子電池中，發現其性能顯著高于傳統碳管。