综述：有机固体废弃物制备碳纳米管的研究进展

（编辑推荐）本综述系统探讨了有机固废（塑料、橡胶、生物质等）通过热化学转化制备高值碳纳米管（CNTs）的技术路径，重点分析了制备方法（如化学气相沉积CVD）、关键影响因素（温度、催化剂、气氛）及生长机制，并展望了其在能源存储（锂离子电池）、电磁屏蔽等领域的应用前景，为固废资源化与纳米材料绿色合成提供新思路。

　　

有机固体废弃物制备碳纳米管：从废弃物到高值材料的绿色革命

Abstract
有机固体废弃物的累积引发严峻的生态问题，而传统焚烧或填埋处理易造成二次污染。热化学转化技术可在厌氧条件下将废弃物转化为碳纳米管（CNTs）等高值材料，兼具环保与经济价值。CNTs因其独特的电学、力学性能（如杨氏模量1-1.8 TPa，导热率>3000 W m^-1 K^-1）成为研究热点。本文综述了塑料、橡胶、生物质等废弃物制备CNTs的最新进展，涵盖合成方法、生长机制及多领域应用。

Introduction
全球每年产生超2.6亿吨塑料废弃物，仅30%被回收；废弃轮胎年产量达15亿条。传统处理方式（如填埋）导致土壤污染，而焚烧释放二噁英等有害物质。相比之下，热解技术可将废弃物转化为CNTs，实现碳资源闭环利用。以废弃口罩为例，1 kg可转化为价值26.75美元的CNTs，经济效益显著。

Organic solid waste for the preparation of CNTs
废弃物类型决定碳源特性：

• 塑料：聚乙烯（PE）热解产生烯烃类气体，适合CVD法生长CNTs；
• 橡胶：硫化物杂质需预处理，但炭黑残留可充当催化剂载体；
• 生物质：纤维素热解生成含氧挥发分，需优化催化剂（如Fe/Co）以提升CNTs纯度。

Methods for CNTs growth

• 化学气相沉积（CVD）：主流方法，反应温度600-1000°C，通过金属催化剂（Fe/Ni）裂解碳源气体；
• 电弧法：虽可制备高质量CNTs，但能耗极高（>1700°C）；
• 火焰法：低成本但产物纯度低，适用于大规模预处理。

Influencing factors on CNTs growth

• 温度：800°C时CNTs石墨化程度最佳；
• 催化剂：Fe₂O₃/Al₂O₃载体可抑制金属烧结，提升CNTs收率；
• 气氛：H₂还原气氛促进催化剂活化，而C₂H₄碳源浓度影响管径分布。

Growth mechanism of CNTs
CVD生长机制分三步：

1. 碳源分子（如C₂H₂）在催化剂表面裂解；
2. 碳原子扩散至金属颗粒内部形成碳化物；
3. 过饱和碳析出形成石墨烯层，最终卷曲为CNTs（"顶端生长"或"底端生长"模型）。

Application of CNTs

• 能源存储：作为锂离子电池导电剂，CNTs可构建三维导电网络，提升电极能量密度；
• 电磁屏蔽：利用其介电损耗特性，制成轻量化复合材料（屏蔽效能>60 dB）；
• 环境修复：功能化CNTs可吸附水中重金属（如Pb²⁺），去除率超90%。

Conclusion outlook
未来需优化低成本催化剂（如废铁渣）、开发连续化反应器，并探索CNTs在柔性电子器件（如可穿戴传感器）中的创新应用，推动有机固废资源化技术的工业化进程。