以低碳足迹生产的碳纳米材料用于生产具有低CO2排放的复合材料的用途的制作方法

本发明涉及以低碳足迹生产的碳纳米材料用于生产具有低co2排放的复合材料的用途以及相关方法。

背景技术：

1、结构材料，如水泥、金属等用于多种应用和行业。例如，水泥和金属对于房屋、桥梁和道路建筑业是有用的；并且金属对于车辆以及工业和消费品器具的生产是有用的。适合于具体应用的结构材料可能需要特定机械强度及其它物理性质，这可能对给定建设项目或产品造成设计和成本限制。结构材料的普遍使用是全球二氧化碳排放和气候变化的主要原因之一。结构材料的添加剂可以形成具有改善的，所期望的性质的复合材料、合金或混合物，层压物、绝缘体或石膏板(drywall)可以形成具有改善的，所期望的性质的复合材料、合金或混合物。

2、通常期望通过添加剂形成具有改善的，所期望的性质的复合材料、合金或混合物来提高结构材料的性质。所期望的性质的实例包括拉伸、压缩和抗弯强度以及耐久性。以类似的方式，其它材料，如导电体、玻璃、陶瓷、纸、树脂、聚合物或塑料、层压纸板、绝缘体或石膏板的添加剂可以形成具有改善的，所期望的性质的复合材料、合金或混合物。所期望的性质的实例包括电导率或绝缘性、导热率或隔热性、小体积或重量、抗断裂性、柔韧性和强度。

3、形成具有提高的所期望的性质的复合材料的添加剂还可以具有以下缺陷，其包括技术复杂性，形成复合材料的这种复杂性、在添加剂中缺少所期望的性质或添加剂的不均匀性，或者扩展的复杂性，或者添加剂的缺乏使得综合成本不可行，以及在它们的生产中有助于全球二氧化碳排放和气候变化的高二氧化碳排放。此外，原结构材料或导电体、玻璃、陶瓷、纸、聚合物、树脂塑料、层压纸板、绝缘体或石膏板的生产通常与大碳足迹有关。例如，典型的不锈钢生产具有每生产1吨钢排放6.15吨co2的碳足迹。铝生产通常每吨产品排放11.9吨co2；钛生产通常每吨产品排放8.1吨co2；镁生产通常每吨产品排放14吨co2并且铜生产通常每吨产品排放5吨co2。通常期望形成低碳足迹材料。低碳足迹排放较少的温室气体二氧化碳。二氧化碳有助于气候变化，这具有不利影响，包括全球变暖、海平面上升、干旱、洪水、恶劣天气事件、经济损失、不利的健康影响以及栖息地损失和物种灭绝。

技术实现思路

1、本发明公开涉及将高碳足迹物质，如结构材料，如水泥、金属、木材等或导电体、玻璃、陶瓷、纸、聚合物或塑料、层压纸板、绝缘体或石膏板组合以形成具有低碳足迹、易于混合、工业可扩展、经济划算的碳纳米材料的复合材料，从而相对于高碳足迹物质减少用于生产复合材料的二氧化碳排放的方法。

2、在一个方面，提供了形成低碳足迹材料的方法，其包括提供将转化为具有改善性质的复合材料的第一高碳足迹物质；提供包含碳纳米材料的材料，所述碳纳米材料是在生产1单位重量的碳纳米材料期间，以小于10单位重量的二氧化碳(co2)排放的碳足迹生产的；以及形成包含所述第一结构材料和0.001wt％至25wt％的所述碳纳米材料的复合材料，其中所述碳纳米材料均匀分散在所述复合材料中。

3、在前段所述的方法中，碳足迹可以为1至10或者0至1。碳足迹可以是负值，其可以表示碳纳米材料生产期间的二氧化碳的净消耗。碳纳米材料可以包括不缠结的直碳纳米管以便于在复合材料中分散。碳纳米材料可以包括碳纳米纤维。碳纳米纤维可以具有10至1000的平均长径比和3nm至999nm的厚度。纳米纤维可以包括碳纳米管。纳米纤维可以包括螺旋碳纳米管。碳纳米纤维可以包括不缠结的碳纳米纤维。碳纳米材料可以包括碳纳米洋葱(nano-onion)。碳纳米材料可以包括碳纳米支架(nano-scaffold)。碳纳米材料可以包括纳米片(nano-platelet)。碳纳米材料可以包括石墨烯。所述方法可以包括将增强材料添加至结构材料的固相、液相或气相以形成复合材料。所述方法可以包括将碳纳米材料在液体中分散以形成第一混合物，将所述第一混合物与所述结构材料混合以形成第二混合物，并且从所述第二混合物形成复合材料。所述液体可以包括水。所述碳纳米材料可以通过电解从熔融碳酸盐形成。可以通过二氧化碳和熔化电解质中的金属氧化物反应生成熔融碳酸盐。所述金属氧化物可以是氧化锂。所述熔融碳酸盐可以包括碳酸锂、锂化碳酸盐或碱金属和/或碱土金属碳酸盐混合物。所述结构材料可以包括水泥、混凝土、砂浆或灰浆。所述结构材料可以包括金属，如铝、钢、镁和钛中的一种或多种。所述结构材料可以包括塑料材料。所述结构材料可以包括聚合物。所述结构材料可以包括木材。所述结构材料可以包括纸板。所述结构材料可以包括层压物。所述结构材料可以包括石膏板。其它高碳足迹物质可以包括树脂、陶瓷、玻璃和绝缘体或导电体。所述碳纳米材料可以在所述复合材料中具有小于1,000μm的相区尺寸(domain size)。所述复合材料可以包括0.01wt％至1wt％，或者0.01wt％至0.5wt％，或者0.01wt％至0.3wt％，或者0.01wt％至0.1wt％的碳纳米材料。

4、在另一个方面，提供了根据本文所述的方法生产的复合材料。

5、在另一个方面，提供了碳纳米材料用于增强结构材料的用途，该碳纳米材料是在生产1单位重量的碳纳米材料期间，以小于10单位重量的二氧化碳(co2)排放的碳足迹生产的。

6、在另一个方面，提供了碳纳米材料在包含结构材料的复合材料中用于增强所述结构材料的用途，其中该碳纳米材料是在生产1单位重量的碳纳米材料期间，以小于10单位重量的二氧化碳(co2)排放的碳足迹生产的。

7、在另一个方面，提供了以低碳足迹生产的碳纳米材料在包含结构材料和所述碳纳米材料的复合材料中的用途，该碳纳米材料用于降低所述复合材料生产期间的二氧化碳(co2)的总排放，其中所述低碳足迹是生产1单位重量的碳纳米材料期间，小于10单位重量的co2排放的碳足迹。所述碳纳米材料可以通过电解从熔融碳酸盐产生。所述复合材料可以是本文所述的复合材料。

8、通过结合附图查阅以下对本发明的具体实施方式的描述，本发明的其它方面和特征将对于本领域那些技术人员来说变得显而易见。

技术特征：

1.一种形成复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料包括碳纳米纤维。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述碳纳米纤维具有10至1000的平均长径比和3nm至999nm的厚度。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中，所述纳米纤维包括碳纳米管。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述碳纳米管包括螺旋碳纳米管。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，所述碳纳米纤维包括非缠结碳纳米纤维。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料包括碳纳米洋葱。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料包括碳纳米支架。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料包括纳米片。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料包括石墨烯。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成的步骤包括将所述碳纳米材料添加至所述高碳足迹物质的固相。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成的步骤包括将所述碳纳米材料添加至所述高碳足迹物质的液相。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成的步骤包括将所述碳纳米材料添加至所述高碳足迹物质的气相。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成的步骤包括将所述碳纳米材料分散在液体中以形成第一混合物，将所述第一混合物与所述高碳足迹物质混合以形成第二混合物，并且由所述第二混合物形成所述复合材料。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述液体包括水。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，通过电解由熔融碳酸盐形成所述碳纳米材料。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过二氧化碳和金属氧化物在熔融电解质中的反应生成所述熔融碳酸盐。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述金属氧化物是氧化锂。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述熔融碳酸盐包括碳酸锂或锂化碳酸盐。

20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括水泥。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括混凝土、砂浆或灰浆。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括金属。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述金属包括以下中的一种或多种：铝、钢、镁和钛。

24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括塑料材料、树脂、陶瓷、玻璃、绝缘体或电导体。

25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括聚合物。

26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括木材。

27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括层压物。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括卡纸板。

29.根据权利要求1所述的方法，其中，所述高碳足迹物质包括石膏板。

30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米材料在所述复合材料中具有小于1,000μm的相区尺寸。

31.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料包含0.01wt％至1wt％的所述碳纳米材料。

32.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料包含0.01wt％至0.5wt％的所述碳纳米材料。

33.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料包含0.01wt％至0.3wt％的所述碳纳米材料。

34.根据权利要求1所述的方法，其中，所述复合材料包含0.01wt％至0.1wt％的所述碳纳米材料。

技术总结将低碳足迹材料用来降低对于生产高碳足迹物质的二氧化碳的排放。形成复合材料的方法包括：提供第一高碳足迹物质；提供碳纳米材料，其在生产1单位重量的碳纳米材料期间，以小于10单位重量的二氧化碳(CO<subgt;2</subgt;)排放的碳足迹生产；以及形成包含高碳足迹物质和0.001wt％至25wt％所述碳纳米材料的复合材料，其中所述碳纳米材料均匀地分散在所述复合材料中，从而相对于所述高碳足迹物质，减少用于生产所述复合材料的二氧化碳排放。技术研发人员：斯图尔特·利什特,盖得·利什特受保护的技术使用者：C2CNT有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27