本发明涉及碳纤维制备技术领域，具体涉及一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法。
背景技术：
碳纤维材料具有比表面积、导电导热性能优异、流动性强、密度低，物理化学性质稳定等优点，在催化剂载体、吸附、电化学等领域有广阔的应用前景。碳纤维由于具有表面性质易于改变的特点，故而常被用作模板剂来制备一些核壳结构的复合材料。由于碳纤维的良好的导电性和稳定性，因此可作为电池电极材料应用于电化学领域。碳纤维的密度小、比表面积大、化学稳定性好，因而其在催化剂领域也有很大的应用潜力。全国每天要用掉10亿个塑料袋，其他各种塑料袋的用量每天在20亿个以上。目前使用的塑料大多是不可自然降解的，如果用作垃圾袋，将严重危害环境。塑料袋埋在地下要过大约几百年才能腐烂，且严重污染土壤；如果采取焚烧处理方式，则会产生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。难以降解的塑料除了会对土壤、地下水等自然环境造成污染外，还会威胁人体健康。
目前人们已经研制出的碳纤维的制备方法有很多种，分别是化学气相沉积法、水热法、声化学法、超声喷雾热分解法等。其中，化学气相沉积法具有成本比较低、操作简单等优点，因而是制备碳纤维的较为常用的方法。然而，目前cvd法常用的碳源为乙烯、乙炔、苯乙烯、甲苯等含有不饱和键的化学性质非常活泼的化合物，对于对环境污染严重的聚乙烯等高分子化合物并没有充分利用。因此，为了解决日益严重的环境问题，保护我们的共有家园，本文提出了一种将白色污染物质转化为可利用的碳纤维的方法。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，该化学气相沉积法能够将白色污染物转化为碳纤维，变废为宝，即减少了白色污染又获得较高经济价值的碳纤维材料。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为2×2cm至5×5cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种或一种以上的混合物。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-4-10-5pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氩气或氮气，保护性气体通入速度为5-20sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-2-10-3pa。本发明先通入保护性气体再进行加热反应，能够避免白色污染物颗粒中的高分子碳链与石英基底中的氧气发生反应。
所述步骤d中的加热时间为30-90min，目标温度为400-900℃，保温时间为3-30min。
优选的，所述步骤d中的加热时间为30-90min，目标温度为400-900℃，保温时间为20-30min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为10-22℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。本发明通过将真空度、反应温度和反应时间控制上述范围内，确保可以加工得到单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm的碳纤维材料，从而达到碳纤维材料尺寸大小分布范围可控的目的。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
本发明的有益效果在于：本发明能够将白色污染物转化为碳纤维，变废为宝，即减少了白色污染又获得较高经济价值的碳纤维材料。
附图说明
图1是本发明的制备得到的碳纤维的场发射扫描电子显微镜图片。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为2×2cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚乙烯。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-4pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氩气，保护性气体通入速度为5sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-2pa。
所述步骤d中的加热时间为30min，目标温度为400℃，保温时间为3min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为10℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
实施例2
一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为3×3cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚氯乙烯。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-5pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氮气，保护性气体通入速度为10sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-3pa。
所述步骤d中的加热时间为40min，目标温度为500℃，保温时间为10min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为13℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
实施例3
一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为4×4cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚苯乙烯和聚丙烯的混合物。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-4pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氩气，保护性气体通入速度为15sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-3pa。
所述步骤d中的加热时间为60min，目标温度为600℃，保温时间为20min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为16℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
实施例4
一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为5×5cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚乙烯和聚氯乙烯的混合物。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-5pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氩气，保护性气体通入速度为20sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-2pa。
所述步骤d中的加热时间为80min，目标温度为800℃，保温时间为25min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为19℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
实施例5
一种利用白色污染物制备碳纤维的化学气相沉积法，包括以下步骤：a、分别将石英基底和白色污染物颗粒超声清洗干净并吹干；b、先将步骤a中的石英基底铺入陶瓷坩埚底部，然后将白色污染物颗粒均匀放置到石英基底表面；c、将步骤b中的陶瓷坩埚放到化学气相沉积装置的恒温加热区并抽真空；d、向真空室内通入保护性气体，启动化学气相沉积装置加热陶瓷坩埚后做保温处理，最后降至室温，制得碳纤维。
所述步骤a中的超声清洗包括三次清洗，依次为采用去离子水清洗、采用丙酮液清洗和采用乙醇清洗。
所述石英基底为上表面尺寸为2×2cm的正方形石英块。
所述白色污染物颗粒为聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯组成的混合物。
所述步骤c中抽真空后的真空度为10-4pa。
所述步骤d中通入的保护性气体为氩气，保护性气体通入速度为20sccm，通入保护性气体后的真空度保持在10-3pa。
所述步骤d中的加热时间为90min，目标温度为900℃，保温时间为30min。
所述步骤d中陶瓷坩埚降至室温采用匀速降温，降温速率为22℃/min。
所述步骤d中制备得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围为0.2-1μm。
所述化学气相沉积装置为cvd装置。
通过本发明的附图1可以看出本发明生产得到的碳纤维的单纤维横截面外径大小分布范围可以控制在0.2-1μm，实现碳纤维单纤维横截面尺寸可控的目的，获得横截面尺寸在特定范围内的碳纤维原料。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。