[發明專利]利用電鍍和有機污泥制備二維合金/碳復合納米材料的方法

有效

• 申請號: 202010943151.6
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112007651B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 李政;馮春全;王淦
• 申請（專利權）人: 佛山經緯納科環境科技有限公司
• 主分類號: B01J23/86
• 分類號: B01J23/86;B01J37/08;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F1/72;C25B1/04;C25B11/091;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 廣州市科豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44467
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于固廢資源化處理技術領域，公開了一種利用電鍍和有機污泥制備二維合金/碳復合納米材料的方法。將電鍍污泥、有機污泥和無機鹽混合后加熱攪拌至水分蒸干，沉積得到含金屬組分/有機碳組分/無機鹽的前驅體，然后經研磨后在保護氣氛下焙燒處理，得到合金納米粒子/碳@無機鹽復合物，再加入到水中溶解無機鹽模板，分離回收漂浮在溶液表面的黑色物質得到導電石墨碳；剩余混合物通過離心分離，得到二維合金/碳復合納米材料，剩余無機鹽溶液經濃縮后循環使用。本發明方法不僅提高了資源的利用率，也為解決兩大固廢污染供了一個有經濟效益的方案。

技術領域

本發明屬于固廢資源化處理技術領域，具體涉及一種利用電鍍和有機污泥制備二維合金/碳復合納米材料的方法。

背景技術

目前電鍍工藝產生的廢水和污泥造成的環境污染問題十分嚴重，主要是因為電鍍過程產生的廢水含有高濃度的重金屬離子(Cu²⁺、Ni²⁺、Cr⁶⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等)，電鍍廢水處理過程中會產生大量的電鍍污泥，如果不能科學、合理地對電鍍污泥進行處理，會對環境造成二次污染。

電鍍污泥中含有的金屬品位要高于常見的金屬富礦石，以鎳為例，常見的鎳礦當鎳含量達到2％時就具備商業開采的價值，而電鍍污泥中的鎳含量一般為2％-4％，因此資源化利用電鍍污泥中的金屬元素能產生可觀的商業價值。

目前對電鍍污泥的資源化處理方法主要包括濕法提取、焙燒浸取法、碳熱冶煉法等；然而這些方法處理含多元金屬組分的電鍍污泥時，不可避免地遇到操作復雜、元素分離困難、產物需進一步處理才能被使用的問題。因此開發一種操作簡單、將電鍍污泥合成為能直接應用的工業產品的工藝具有重要意義。

工業有機污泥是指沉淀設備產生的以有機物為主要成分的沉淀物質，它是處理有機廢水(包括生活污水)的產物。工業有機污泥含水量一般為90％以上，脫水困難，并且其貯存及處置過程都會出現腐化和高耗氧的情況，容易對環境造成污染。一般通過微生物消化法或化學藥劑氧化法將有機物轉化為氣體來處理有機污泥。但微生物消化法需要額外供給氧氣，能量消耗也大；而化學藥劑氧化法難以徹底破壞污泥中的有機物，且容易形成新的污染。因此，對工業有機污泥的處理仍需開發成本更低、降解效率更高、更綠色環保的方法。

專利CN103028412A公開了一種利用電鍍廢水或污泥制備碳黑-金屬氧化物復合催化劑的方法。通過將包括有鐵、鋅、鉻、鎳、銅及鈷的電鍍廢水或者烘干電鍍污泥，與有機物含量大于1000ppm的有機廢水通過混合沉淀，所得混合沉淀物在800-1000℃下裂解轉化為碳黑-金屬氧化物復合催化劑；該碳黑-金屬氧化物復合催化劑可用于高溫催化分解有機污染物。其利用的原理是電鍍污泥粉末具有較大的比表面積，對有機廢水中的有機物具有較大的吸附能力；在控制有機廢水pH＝9-12范圍內時，電鍍廢水、污泥中的部分金屬與有機廢水中有機物形成絡合結構，并沉淀于電鍍污泥表面。但該方法混合沉淀效果有限，部分金屬成分與有機成分難以實現固液分離并得到有效利用。

相轉移-熔融鹽-碳熱法是一種能大規模制備二維納米催化劑的方法，該方法首先是表面活性劑在液相中與金屬陽離子絡合，并由水相向油相運動，然后通過分液去除水相；然后將油相中的有機溶劑加熱蒸發掉，剩余的表面活性劑-金屬離子絡合物則與一定比例的無機鹽混合后研磨；研磨后的固體混合粉末則在管式爐中惰性氣氛下高溫還原，表面活性劑作為碳源將金屬離子/氧化物還原成單質或合金。大連理工大學郝策課題組使用碳熱法合成FeNi@C系列催化劑，由于具有雙金屬催化位點，該系列催化劑在電催化ORR和OER均表現出優異的催化性能(DOI:10.1002/chem.201904685)。華中科技大學黃亮課題組研究發現，將熔融鹽法使用的鹽模板在液相中與前驅體混勻后焙燒，能夠制備更薄的二維納米材料，該二維材料的催化性能也能得到進一步提升(DOI:10.1039/c7ta05821g)。因此，如能將上述技術用于固廢資源化處理，將是環保產業與資源循環利用產業中的一項具有顯著創新的舉措。

發明內容