近几十年来,塑料由于具有一系列优良的性质,在日常生活中得到了广泛使用。然而,塑料制品往往具有较短的使用寿命,塑料的大规模使用导致了大量废弃塑料的产生,这些废弃塑料一般很难降解,给生态环境造成了巨大的压力。同时,塑料制品的原料主要来源于不可再生资源(如石油、煤炭),因此,废旧塑料的回收再利用不仅有助于减轻环境污染,而且有利于节约资源,符合可持续发展的战略。目前,废旧塑料的处理、回收方法主要有以下几种:机械回收、填埋、焚烧、热裂解等。然而,这些方法都有一些缺点。考虑到塑料中较高的碳元素含量,将废旧塑料碳化制备高附加值的碳材料,是一种新型的塑料回收方式。特别是近十几年来,随着纳米碳材料在阻燃、催化、吸附分离、能源存储等领域展现出广阔的应用前景,聚合物碳化领域的研究得到了蓬勃的发展。对于碳材料的具体应用而言,其性能严重依赖于碳化产物的微观形貌结构。因此,在保证聚合物高效碳化的同时,有效控制碳化产物的微观形貌成为了研究热点,基于此,我们提出了下列碳化策略:1.首先,利用多孔MgO为模板,以废旧PS为碳源,制备了多孔碳纳米片(CNS)。同时,为了进一步提高碳材料的比表面积,调节其孔结构,我们采用KOH活化的策略对CNS进行了处理,制备了多级孔结构的碳纳米片(ACNS-X,X代表活化温度),分析了活化温度对碳材料比表面积和孔结构的影响,并测试了材料的电化学性能。其中,在800℃的活化温度下制备的碳材料(ACNS-800)性能最好,在三电极测试中,0.5 Ag-1电流密度下,质量比电容为323 F g-1,将电流密度提高到20 A g-1时,比电容为222 F g-1,表现出良好的倍率性能。此外,我们也将ACNS-800在有机电解液中组装成两电极器件进行了测试,发现器件在757.1 W kg-1的功率密度下,可以获得较高的能量密度(44.1 Wh kg-1)。2.鉴于碳材料的形貌结构对电容器性能具有重要影响,在本章工作中,我们继续对碳材料的形貌进行了调控。基于文献报道,三维(3D)大孔结构的碳材料在能源存储领域具有重要应用。因此,我们选用金属氧化物纳米粒子为模板,利用废旧PS为碳源,制备了具有蜂窝状结构的3D大孔碳材料,并采用了化学活化的方法,提高了碳材料中微孔/介孔的含量,制备了多级孔结构的3D大孔碳,并研究了其在超级电容器中的性能。结果表明:在三电极测试中,0.5 A g-1电流密度下,质量比电容为284.1 F g-1,将电流密度提高到20Ag-1时,比电容可以保持在198 Fg-1,表现出良好的倍率性能。同时,为了进一步提高电容器的能量密度,我们也在中性电解液(1 M Li2SO4)中进行了测试,在功率密度为200.7 W kg-1时,器件的能量密度可以达到19.2 Wh kg-1。3.在前两部分工作中,采用的模板是金属氧化物,在碳材料的后期提纯时,需要使用大量腐蚀性酸(如HCl),而且,模板不可回收利用。在这部分工作中,我们利用可溶性盐(K2CO3)为模板,以葡萄糖为碳源,尿素作为氮源,采用一步碳化的方法制备了具有多级孔结构的氮掺杂的碳材料。K2CO3同时作为模板和活化剂,并且可以回收利用,而且整个合成过程没有用到腐蚀性酸,是一种绿色环保的制备方法。制备的碳材料在超级电容器中具有重要应用,三电极测试结果表明:在0.5 A g-1电流密度下,质量比电容为361 F g-1,将电流密度提高到20 Ag-1时,比容量可以保持在240 F g-1,具有优良的倍率性能。在中性电解液中进行测试时,器件在207.9 W kg-1的功率密度下,表现出较高的能量密度(17.1 Wh kg-1)。结合我们前期的废旧聚合物碳化工作,后期可以将这种盐模板的方法用于废旧聚酯类塑料的碳化,如PET,PC等。4.PET也是生活中的一种常见塑料。在本章中,我们利用废旧PET制备了一维(1D)棒状结构的MOF材料,并在不同温度下对MOF进行了高温碳化,制备了核壳结构的金属/碳复合材料,研究了其对电磁波的吸收性能。其中,在800℃下进行碳化,制备的金属/碳复合材料的吸波性能最好。在频率为17.5 GHz,匹配厚度为1.5 mm时,具有最小反射损耗值,RL为-44.5 dB。此外,在匹配厚度为2.5 mm时,也具有较好的吸波性能,最小反射损耗为-43.6 dB。最后,通过对不同温度下介电常数和磁导率的分析,阐述了热解温度对吸波性能的影响。