[發明專利]一種廢舊鋅錳電池-生物質吸附劑的制備方法

有效

• 申請號: 201710765911.7
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107376862B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 牛志睿;張少康;成東;劉相榮
• 申請（專利權）人: 延安大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 寧文濤

技術領域

本發明屬于吸附劑制備技術領域，具體涉及一種廢舊鋅錳電池- 生物質吸附劑的制備方法。

背景技術

我國是世界上電池生產和消費最大的國家，據中國電池企業協會 2014年統計，僅堿性鋅錳電池的生產就達到了128億，就單位數量而言，這種價格低、壽命短、鋅錳元素富集的鋅錳電池是我國廢舊電池中的重要來源之一。傳統的廢電池處理方法，如火法冶金或濕法冶金，因成本高、二次污染、安全風險大和產品價值低等缺點，限制了在我國的推廣和應用。在2016年環保部新修訂的《廢電池污染防治技術政策》公告中明確提出，鼓勵廢電池全組分、高附加值利用的研發。因此，尋求綠色、安全、經濟和高附加值產品的研究，已成為廢舊鋅錳電池處理關注的焦點，也是其資源化應用的關鍵。

研究表明，廢舊堿性電池負極和正極的組分特征區分明顯，易于拆分分離，負極中主要含有ZnO和KOH，正極材料主要由C和鋅、錳氧化物摻雜體組成，在濕法冶金中，通常采取的是電池整體處理工藝，在浸提過程中負極材料勢必消耗大量強酸，增加酸浸提成本；此外，正極材料中Mn₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂和ZnMn₂O₄等物質難溶于酸，還需外加還原劑如H₂O₂、有機酸等，這無疑加大了溶釋成本；在生物浸提廢舊鋅錳電池中，同樣也面臨著堿性物質釋放帶來的危及浸提菌株生長和活性問題。可見，若對電極材料分離處置，進行針對性的回收，則可降低回收成本，進而實現電池材料全組分的高效利用，而廢電池電極材料中既含C又含鋅錳氧化物，若分離處置并用于碳吸附材料的制備，則可實現全組分資源化利用。

最近，在污泥基活性炭制備中發現，添加廢舊Zn-C電池材料可以顯著改善污泥炭的吸附性能，并在Plackett-Burman和響應面中心復合實驗中實現了摻雜最優惠的工藝參數：摻雜比10％、炭化溫度 350℃和炭化時間20min，制備的摻雜污泥炭的碘吸附值和比表面積分別達到530.1mg/g和429.5m²/g；此外，研究還證實摻雜廢舊堿性鋅錳電池混合電極制備的改性污泥炭對Cd²⁺的吸附量比純污泥碳提升了50％，同時減少近40％活化劑ZnCl₂的用量，表明堿性電池材料在制備碳吸附材料中具有顯著活化的作用。然而，現有的研究均是基于ZnCl₂為主的活化方法，電池材料僅作為改性添加劑而使用，不能充分利用廢電池正、負極電極材料的不同特性，難以實現廢舊電池組分的高效利用。

發明內容

本發明的目的是提供一種廢舊鋅錳電池-生物質吸附劑的制備方法，解決了常規吸附劑制備中大量消耗化學活化劑的問題，實現了廢舊電池、生物質固體廢物的資源化以及廢舊電池的全組分利用的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種廢舊鋅錳電池-生物質吸附劑的制備方法，具體步驟如下：

步驟1，負極材料及鹽酸用量確定：分別計算生成2mol/L～3mol/L 的ZnCl₂所需的負極材料的質量與鹽酸的體積；

步驟2，去離子水、正極材料與生物質的稱取：按去離子水的質量與經步驟1稱取的負極材料質量為2～3:1來稱取去離子水，正極材料和生物質的總質量與去離子水和經步驟1稱取的鹽酸質量總和按固液比為1:4～5來稱取正極材料與生物質，將生物質粉碎后與正極材料混合為混合原料；

步驟3，一段活化：將經步驟1稱取的負極材料添加經步驟2稱取的去離子水進行10min～15min的恒溫水浴振蕩，得到混合溶液，在得到的混合溶液中添加經步驟2稱取的混合原料，進行2h～3h的浸漬活化，得到一段活化產物；

步驟4，兩段活化：將經步驟1量取的鹽酸添加到經步驟3得到的一段活化產物中，進行10h～12h的恒溫水浴振蕩活化，得到兩段活化產物；

步驟5，碳化：將經步驟4得到的兩段活化產物置于N₂環境下進行碳化，得到碳化產物；

步驟6，將經步驟5得到的碳化產物用蒸餾水反復洗滌至pH為中性，然后置于烘箱中干燥，將干燥好的樣品充分碾磨，制備得到一種廢舊鋅錳電池-生物質吸附劑。

本發明的特點在于：

其中所述步驟1中的負極材料按測試的Zn的質量百分比含量 50％～60％進行折算；

其中所述步驟1與步驟4中的鹽酸的摩爾濃度為8mol/L～12mol/L；