一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂的制备方法，按照ZnCl2的摩尔浓度分别称取负极材料与盐酸，根据称取的负极材料与盐酸确定去离子水的用量和正极材料与粉碎后的生物质混合原料的质量；将混合原料在一定条件下进行两段活化；然后将两段活化产物进行碳化；将得到的碳化产物用蒸馏水反复洗涤至pH为中性，然后置于烘箱中干燥，将干燥好的样品充分碾磨，制备得到一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂；利用本发明专利技术的制备方法制备得到的一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂，实现了废旧电池的全组分利用，解决了常规吸附剂制备中大量消耗化学活化剂的问题，且实现了废电池、生物质等固体废物的资源化。

A waste zinc manganese battery biomass adsorbent preparation method

The invention discloses a preparation method of waste zinc manganese battery biomass adsorbent, in accordance with the molar concentration of ZnCl2 were collected as anode material and hydrochloric acid, according to the quality of anode material and hydrochloric acid weigh determine the amount of deionized water and cathode materials after crushing and mixing of biomass raw materials; mixing raw materials two the activation under certain conditions; then two activation products are carbide product obtained carbonization; repeated washings with distilled water to pH is neutral, and then placed in an oven drying, the dry samples fully milled, prepared a waste zinc manganese battery biomass adsorbent prepared by using system; the preparation method of the invention is a kind of waste zinc manganese battery biomass adsorbent, the waste batteries of all components utilization, solve the conventional adsorbent preparation in large consumption of chemical activation It also realizes the recycling of solid waste such as waste battery, biomass and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法
本专利技术属于吸附剂制备
，具体涉及一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法。
技术介绍
我国是世界上电池生产和消费最大的国家，据中国电池企业协会2014年统计，仅碱性锌锰电池的生产就达到了128亿，就单位数量而言，这种价格低、寿命短、锌锰元素富集的锌锰电池是我国废旧电池中的重要来源之一。传统的废电池处理方法，如火法冶金或湿法冶金，因成本高、二次污染、安全风险大和产品价值低等缺点，限制了在我国的推广和应用。在2016年环保部新修订的《废电池污染防治技术政策》公告中明确提出，鼓励废电池全组分、高附加值利用的研发。因此，寻求绿色、安全、经济和高附加值产品的研究，已成为废旧锌锰电池处理关注的焦点，也是其资源化应用的关键。研究表明，废旧碱性电池负极和正极的组分特征区分明显，易于拆分分离，负极中主要含有ZnO和KOH，正极材料主要由C和锌、锰氧化物掺杂体组成，在湿法冶金中，通常采取的是电池整体处理工艺，在浸提过程中负极材料势必消耗大量强酸，增加酸浸提成本；此外，正极材料中Mn3O4、Mn2O3、MnO2和ZnMn2O4等物质难溶于酸，还需外加还原剂如H2O2、有机酸等，这无疑加大了溶释成本；在生物浸提废旧锌锰电池中，同样也面临着碱性物质释放带来的危及浸提菌株生长和活性问题。可见，若对电极材料分离处置，进行针对性的回收，则可降低回收成本，进而实现电池材料全组分的高效利用，而废电池电极材料中既含C又含锌锰氧化物，若分离处置并用于碳吸附材料的制备，则可实现全组分资源化利用。最近，在污泥基活性炭制备中发现，添加废旧Zn-C电池材料可以显著改善污泥炭的吸附性能，并在Plackett-Burman和响应面中心复合实验中实现了掺杂最优惠的工艺参数：掺杂比10％、炭化温度350℃和炭化时间20min，制备的掺杂污泥炭的碘吸附值和比表面积分别达到530.1mg/g和429.5m2/g；此外，研究还证实掺杂废旧碱性锌锰电池混合电极制备的改性污泥炭对Cd2+的吸附量比纯污泥碳提升了50％，同时减少近40％活化剂ZnCl2的用量，表明碱性电池材料在制备碳吸附材料中具有显著活化的作用。然而，现有的研究均是基于ZnCl2为主的活化方法，电池材料仅作为改性添加剂而使用，不能充分利用废电池正、负极电极材料的不同特性，难以实现废旧电池组分的高效利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法，解决了常规吸附剂制备中大量消耗化学活化剂的问题，实现了废旧电池、生物质固体废物的资源化以及废旧电池的全组分利用的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法，具体步骤如下：步骤1，负极材料及盐酸用量确定：分别计算生成2mol/L～3mol/L的ZnCl2所需的负极材料的质量与盐酸的体积；步骤2，去离子水、正极材料与生物质的称取：按去离子水的质量与经步骤1称取的负极材料质量为2～3:1来称取去离子水，正极材料和生物质的总质量与去离子水和经步骤1称取的盐酸质量总和按固液比为1:4～5来称取正极材料与生物质，将生物质粉碎后与正极材料混合为混合原料；步骤3，一段活化：将经步骤1称取的负极材料添加经步骤2称取的去离子水进行10min～15min的恒温水浴振荡，得到混合溶液，在得到的混合溶液中添加经步骤2称取的混合原料，进行2h～3h的浸渍活化，得到一段活化产物；步骤4，两段活化：将经步骤1量取的盐酸添加到经步骤3得到的一段活化产物中，进行10h～12h的恒温水浴振荡活化，得到两段活化产物；步骤5，碳化：将经步骤4得到的两段活化产物置于N2环境下进行碳化，得到碳化产物；步骤6，将经步骤5得到的碳化产物用蒸馏水反复洗涤至pH为中性，然后置于烘箱中干燥，将干燥好的样品充分碾磨，制备得到一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂。本专利技术的特点在于：其中所述步骤1中的负极材料按测试的Zn的质量百分比含量50％～60％进行折算；其中所述步骤1与步骤4中的盐酸的摩尔浓度为8mol/L～12mol/L；其中所述步骤2中的生物质包括木屑、枣核、秸秆、稻壳或花生壳；其中所述步骤2中正极材料和生物质按照质量比为1:3～5称取；其中所述步骤5中的碳化条件为：两段活化产物固液百分比为20％～30％，活化时间为10h～12h，活化温度为30℃～40℃，碳化时间为50min～60min，碳化温度为450℃～550℃，N2保护速率为250ml/min～300ml/min，升温速率为10℃/min～20℃/min；其中所述步骤6中的蒸馏水温度为30℃～50℃。本专利技术的有益效果：利用本专利技术的制备方法制备得到的一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂，优点在于是将废旧锌锰电池负极作为活化剂制备，节省了活化剂试剂，吸附剂的吸附性能也比传统氯化锌活化法更优，以废木屑为例，主要包括：SEM-EDX和AAS测试表明，废旧碱性电池负极材料中K和Zn质量含量高达12.4％、57.5％，分别以KOH和ZnO存在，可作为活化剂实现全组分利用和ZnCl2的替代；不同生物质增碳剂、活化剂筛选研究发现，废木屑与负极材料表现出最优的增碳效果和活化性能，当正极材料和废木屑质量比为1:4时，制备的吸附剂性能最优，其碘吸附值和比表面积达589mg/g和660.9m2/g；优化制备的吸附剂为狭缝状发达的多孔结构，有较高的内比表面积，XRD表明该吸附剂石墨晶形结构明显，FT-IR显示其表面含有C-H、C＝C、C≡C、O-H、C-CL等官能团。附图说明图1是利用本专利技术的制备方法制备的废旧锌锰电池-生物质吸附剂在正极材料和木屑不同配比情况下对吸附性能影响的柱状图；图2是是利用本专利技术的制备方法制备的废旧锌锰电池-木屑吸附剂的等电点测定图；图3(a)是利用本专利技术的制备方法制备的废旧锌锰电池-木屑吸附剂在1000放大倍数下的SEM图；图3(b)是利用本专利技术的制备方法制备的废旧锌锰电池-木屑吸附剂在3000放大倍数下的SEM图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法，具体步骤如下：步骤1，负极材料及盐酸用量确定：分别计算生成2mol/L～3mol/L的ZnCl2所需的负极材料的质量与8mol/L～12mol/L的盐酸的体积；其中负极材料按测试的Zn的质量百分比含量50％～60％进行折算；其中在称取负极材料与盐酸的过程中，为了让利用本专利技术的制备方法制备的吸附剂性能更好，会有不大于质量百分比为5％的成分过量的情况，但不影响整个制备过程；步骤2，去离子水、正极材料与生物质的称取：按去离子水的质量与经步骤1称取的负极材料质量为2～3:1来称取去离子水，正极材料和生物质的总质量与去离子水和经步骤1称取的盐酸总和按固液比为1:4～5来称取正极材料与生物质，正极材料和生物质按照质量比为1:3～5称取，将生物质粉碎后与正极材料混合为混合原料；其中所述生物质主要包括木屑、枣核、秸秆、稻壳和花生壳；步骤3，一段活化：将经步骤1称取的负极材料添加经步骤2称取去离子水进行10min～15min的恒温水浴振荡，得到混合溶液，在得到的混合溶液中添加经步骤2称取的混合原料，进行2h～3h的浸渍活化，得到一段活化产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，负极材料及盐酸用量确定：分别计算生成2mol/L～3mol/L的ZnCl2所需的负极材料的质量与盐酸的体积；步骤2，去离子水、正极材料与生物质的称取：按去离子水的质量与经步骤1称取的负极材料质量为2～3:1来称取去离子水，正极材料和生物质的总质量与去离子水和经步骤1称取的盐酸质量总和按固液比为1:4～5来称取正极材料和生物质，将生物质粉碎后与正极材料混合为混合原料；步骤3，一段活化：将经步骤1称取的负极材料添加经步骤2称取的去离子水进行10min～15min的恒温水浴振荡，得到混合溶液，在得到的混合溶液中添加经步骤2称取的混合原料，进行2h～3h的浸渍活化，得到一段活化产物；步骤4，两段活化：将经步骤1中量取的盐酸添加到经步骤3得到的一段活化产物中，进行10h～12h的恒温水浴振荡活化，得到两段活化产物；步骤5，碳化：将经步骤4得到的两段活化产物置于N2环境下进行碳化，得到碳化产物；步骤6，将经步骤5得到的碳化产物用蒸馏水反复洗涤至pH为中性，然后置于烘箱中干燥，将干燥好的样品充分碾磨，制备得到一种废旧锌锰电池‑生物质吸附剂。...

【技术特征摘要】
1.一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，负极材料及盐酸用量确定：分别计算生成2mol/L～3mol/L的ZnCl2所需的负极材料的质量与盐酸的体积；步骤2，去离子水、正极材料与生物质的称取：按去离子水的质量与经步骤1称取的负极材料质量为2～3:1来称取去离子水，正极材料和生物质的总质量与去离子水和经步骤1称取的盐酸质量总和按固液比为1:4～5来称取正极材料和生物质，将生物质粉碎后与正极材料混合为混合原料；步骤3，一段活化：将经步骤1称取的负极材料添加经步骤2称取的去离子水进行10min～15min的恒温水浴振荡，得到混合溶液，在得到的混合溶液中添加经步骤2称取的混合原料，进行2h～3h的浸渍活化，得到一段活化产物；步骤4，两段活化：将经步骤1中量取的盐酸添加到经步骤3得到的一段活化产物中，进行10h～12h的恒温水浴振荡活化，得到两段活化产物；步骤5，碳化：将经步骤4得到的两段活化产物置于N2环境下进行碳化，得到碳化产物；步骤6，将经步骤5得到的碳化产物用蒸馏水反复洗涤至pH为中性，然后置于烘箱中干燥，将干燥好的样品充分碾磨，制备得到一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛志睿，张少康，成东，刘相荣，
申请(专利权)人：延安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61