第二届“创青春”中国青年碳中和创新创业大赛华中区域决赛金奖

指导教师：龚江、于洁、唐涛、姚坤、王威

指导学生：刘秋璇、宫智、覃梦婷、栗倩倩、杨静、王慧悦、温雪莹、韦乾宇、毕思征、王鹏程

项目概述

当今社会，塑料被广泛应用于日常生活中。我国是全球第一塑料生产与消费大国。近几年我国塑料年产量维持在7000~8000万吨。习总书记在党的二十大报告中强调，必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，深入推进环境污染防治，积极稳妥推进“碳中和”。废塑料的处理方法主要分为能量回收和物质回收。能量回收是将废弃塑料直接焚烧用于发电，会产生大量温室气体。物质回收又分为物理回收和化学回收。物理回收会造成产品的降级使用。化学回收包括化学溶剂分解、热催化裂解、催化碳化等，其中催化碳化制备碳材料有利于推动变废为宝的可持续发展，减少CO2排放，助力“碳中和”。每回收1吨废塑料相当于减少1.5~2.2吨碳排放。另一方面，碳纳米管是一种一维碳纳米材料，具有独特的力学，电学和化学性能，尤其是导电率是铜的一万倍。得益于碳纳米管优异的导电性能，将其应用于锂离子电池导电浆液市场巨大。2023年工信部发布的锂离子电池的运行情况报告中显示：2022年中国锂离子电池行业总产值突破1.2万亿元；其中正极材料产量高达185万吨。2021年全球碳纳米管浆料达到450亿规模，预计到2025年达到2500亿规模。

针对废弃塑料处理的难点、痛点，我们提出组合催化剂法将塑料转化为碳纳米管。组合催化剂包括降解催化剂与成碳催化剂，也即在降解催化剂作用下废弃塑料转化为小分子烯烃产物，之后在成碳催化剂作用下催化这些小分子产物碳化制备碳管，具有精确调控、速率快、产率高、形貌可控、装置简单、易放大等优点。我们与广东碳语新材料有限公司建立了全球第一条废弃塑料制备碳纳米管中试生产线，规模为9000公斤/年。我们的碳管相比于传统碳管，结构易控制，成本仅为商业化碳管的1/3。我们将碳管应用于锂离子电池中，发现其性能显著高于传统碳管。