[發(fā)明專利]回收電鍍污泥中鐵制備的鋰硫電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210159054.7
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114634181B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷學(xué)謙;林璋;吳樹躍;唐嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;C01B32/914;C01B32/205;C01B32/05;H01M10/052
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了回收電鍍污泥中鐵制備的鋰硫電池正極材料及其制備方法。將電鍍污泥經(jīng)干燥研磨過篩后加入無機(jī)酸溶液，攪拌均勻后酸浸反應(yīng)，離心得到電鍍污泥浸出液；將小球藻濃縮液離心得到活性小球藻細(xì)胞；將所得活性小球藻細(xì)胞加入到電鍍污泥浸出液和水的混合溶液中，攪拌混合，然后洗滌干燥得到復(fù)合材料前驅(qū)體，然后與一定比例的鉀系活化劑研磨混合，最后在惰性或者還原氣氛下高溫煅燒，碳化產(chǎn)物經(jīng)過水洗去鉀鹽得到Fesubgt;3/subgt;C@NPC鋰硫電池正極材料。本發(fā)明的制備方法不但解決了電鍍污泥的環(huán)境問題，而且利用里活性小球藻細(xì)胞的生物吸附重金屬離子的能力和獨(dú)特的形貌制備高值化的鋰硫電池正極材料，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境廢物的變廢為寶提供了可行的思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電鍍污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及回收電鍍污泥中鐵制備的鋰硫電池正極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

電鍍污泥是一類危險(xiǎn)固體廢棄物，其中含有大量有毒有害重金屬，如銅、鎳、鉻、鋅、鐵、鎘等，具有不穩(wěn)定性，遷移性強(qiáng)，含水量多的特點(diǎn)，若不加以妥善處理而任意堆放，那么其中的重金屬會(huì)在雨水淋溶作用下沿著污泥—土壤—農(nóng)作物—人體的路徑遷移，不僅污染環(huán)境，還會(huì)對人體健康造成危害。而且，不同的電鍍企業(yè)或者電鍍工藝都會(huì)產(chǎn)生不同的電鍍污泥，因此也就需要不同的處理方法。一般來說，電鍍污泥可以分為兩類：一類是分質(zhì)污泥，所含重金屬元素單一，處理相對簡單，更容易回收利用；另一類是混合污泥，所含重金屬元素復(fù)雜，而且常常含有鉻，鎘等危險(xiǎn)重金屬，處理處置難度巨大且不易分離回收。混合污泥中一般都含有大量的鐵元素，與其他重金屬混雜在一起，增加了污泥分離回收的難度。目前常用的電鍍污泥處理技術(shù)主要有：穩(wěn)定化/固化技術(shù)，熱處理技術(shù)，生物浸取法，熔煉技術(shù)和焙燒浸取技術(shù)，材料化技術(shù)等，上述處理技術(shù)存在成本過高、存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)等不足，因此有必要開發(fā)一種新的處理電鍍污泥的技術(shù)方法。

黃等人采用簡易的單鍋靜電紡絲方法，研制了一種Fe₃C/碳納米纖維(CNF)懸空薄膜作為鋰硫電池的隔膜，該隔膜提供了(i)納米纖維網(wǎng)內(nèi)的大量大孔，以促進(jìn)離子傳輸和電解質(zhì)滲透，(ii)含氮官能團(tuán)，通過強(qiáng)大的原子間引力捕獲可溶多硫化物，(iii)由于CNF網(wǎng)的高導(dǎo)電性，電子/離子轉(zhuǎn)移大大增強(qiáng)。但是，F(xiàn)e₃C/碳納米纖維(CNF)比表面積僅62m²/g，無法充分發(fā)揮Fe₃C對多硫化鋰的錨定與催化分解作用，因此，以Fe₃C/碳納米纖維(CNF)懸空薄膜作為隔膜的鋰硫電池，循環(huán)100次后，比容量衰減了24％，平均每圈衰減0.24％，循環(huán)穩(wěn)定性遠(yuǎn)不足以達(dá)到鋰硫電池的商業(yè)化要求，因此，我們需要開發(fā)一種具有高比表面積的Fe₃C/碳納米材料以提高鋰硫電池的長循環(huán)性能(Huang,Jian-Qiu；Zhang,Biao；Xu,Zheng-Long；Abouali,Sara；Akbari?Garakani,Mohammad；Huang,Jiaqiang；Kim,Jang-Kyo.Novelinterlayer?made?from?Fe₃C/carbon?nanofiber?webs?for?high?performance?lithium-sulfur?batteries.Journal?of?Power?Sources,285(2015),43-50)。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供回收電鍍污泥中鐵制備的鋰硫電池正極材料及其制備方法，具體為一種回收混合電鍍污泥中鐵制備鋰硫電池正極材料并且將其他重金屬包裹在材料中以實(shí)現(xiàn)無害化的方法。本發(fā)明的方法將電鍍污泥中鐵高值化利用，不僅為無害化處理混合電鍍污泥提供了新的思路，也為制備電化學(xué)儲(chǔ)能材料提供了新的辦法。