本發(fā)明屬于工業(yè)廢棄物處理，涉及廢舊鋰離子電池正極材料的綠色資源化應(yīng)用，具體涉及一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法。

背景技術(shù)：

1、溴化氫在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于制造溴化合物、有機(jī)合成中的催化劑等，高純溴化氫主要用于磷摻雜多晶硅、單晶硅或二維半導(dǎo)體的蝕刻，是先進(jìn)芯片工藝的核心氣體之一，廣泛應(yīng)用于存儲芯片以及邏輯芯片和功率半導(dǎo)體的先進(jìn)工藝領(lǐng)域。溴化氫是一種刺激性氣體，具有腐蝕性，其排放不當(dāng)或意外泄漏時會對大氣、水體和土壤等造成嚴(yán)重污染，對人體健康存在潛在風(fēng)險。目前，處理溴化氫的傳統(tǒng)方法存在成本高、效率低、操作復(fù)雜等問題，因此制備一種新型的吸附劑來實現(xiàn)對溴化氫的高效吸附具有重大意義。

2、鋰離子電池廣泛應(yīng)用于移動電源設(shè)備和電動汽車中，隨著鋰電池產(chǎn)銷量逐年增長，其報廢量也隨之增加，大量報廢的鋰離子電池將會帶來嚴(yán)峻的環(huán)境問題。鋰離子電池的回收及綠色化利用已經(jīng)成為電池行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。蘆葦為白洋淀的主要植物，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型，蘆葦?shù)睦寐试絹碓降停虼颂J葦成為主要的固體廢棄物之一。秸稈作為主要農(nóng)業(yè)廢棄物，其焚燒后的有害氣體及顆粒物會造成污染，甚至還會引發(fā)火災(zāi)。由于蘆葦廢棄物與秸稈廢棄物的產(chǎn)生量大且利用率低，截止目前仍在固體廢棄物行列之中。

3、基于此，本發(fā)明提出一種利用生物質(zhì)和鋰離子電池正極材料浸出液為原材料合成碳材料的方法，制備的碳材料用于對溴化氫進(jìn)行吸附，實現(xiàn)“以廢治廢”的環(huán)保理念，具有較高的社會價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法，該方法對處于退役期的鋰離子電池進(jìn)行了綠色資源化利用，同時能夠?qū)⑻J葦廢棄物、秸稈廢棄物充分利用，具有成本低廉、能耗低等優(yōu)點。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、(1)制備低共熔溶劑，將質(zhì)量比為45～55：1的低共熔溶劑和鋰離子電池正極材料在110～130℃混合23～25h，得到混合液，然后離心，得到浸出液；

5、上述低共熔溶劑和鋰離子電池正極材料的質(zhì)量比為45～55：1，例如可以是45:1、46:1、47:1、48:1、49:1、50:1、51:1、52:1、53:1、54:1或55:1等，但不限于所列舉的數(shù)值，該范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

6、(2)將生物質(zhì)與浸出液按質(zhì)量比1：1～1：4的比例混合均勻，400～600℃煅燒1.5～3h，得到碳材料；

7、上述生物質(zhì)與浸出液的質(zhì)量比為1：1～1：4，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5或1:4等，但不限于所列舉的數(shù)值，該范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

8、(3)利用碳材料對溴化氫氣體或氯化氫氣體進(jìn)行吸附，吸附溫度為25～60℃，吸附時間為24～72h。

9、進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，將乳酸和氫鍵受體按1：10～1：14的摩爾比混合，在60℃條件下攪拌至充分溶解，制備得到低共熔溶劑；

10、其中，所述氫鍵受體為纈氨酸或亮氨酸。

11、上述乳酸和氫鍵受體的摩爾比為1：10～1：14，例如可以是1:10、1:11、1:12、1:13或1:14等，但不限于所列舉的數(shù)值，該范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

12、優(yōu)選地，乳酸與纈氨酸按摩爾比1:10混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑；

13、優(yōu)選地，乳酸與纈氨酸按摩爾比1:12混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑；

14、優(yōu)選地，乳酸與纈氨酸按摩爾比1:14混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑；

15、優(yōu)選地，乳酸與亮氨酸按摩爾比1:10混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑；

16、優(yōu)選地，乳酸與亮氨酸按摩爾比1:12混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑；

17、優(yōu)選地，乳酸與亮氨酸按摩爾比1:14混合，在60℃下攪拌至充分溶解，制得低共熔溶劑。

18、進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，將質(zhì)量比為50:1的低共熔溶劑和鋰離子電池正極材料在120℃混合攪拌24h，得到混合液。

19、進(jìn)一步的，所述步驟(1)中，將混合液在12000轉(zhuǎn)每分鐘的離心速率下離心20分鐘，離心后的上清液即為浸出液。

20、進(jìn)一步的，所述鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰或磷酸鐵鋰。

21、優(yōu)選地，將質(zhì)量比為50:1的低共熔溶劑與鈷酸鋰正極材料在120℃混合24h，得到混合液，將混合液在12000轉(zhuǎn)每分鐘的離心速率下離心20分鐘，得到浸出液；

22、優(yōu)選地，將質(zhì)量比為50:1的低共熔溶劑與磷酸鐵鋰正極材料在120℃混合24h，得到混合液，將混合液在12000轉(zhuǎn)每分鐘的離心速率下離心20分鐘，得到浸出液。

23、進(jìn)一步的，所述生物質(zhì)為秸稈或蘆葦；所述步驟(2)中將經(jīng)過自然干燥的蘆葦廢棄物或秸稈廢棄物進(jìn)行粉碎，得到蘆葦廢棄物粉末或秸稈廢棄物粉末，備用。

24、進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，將混勻的生物質(zhì)與浸出液在500℃下煅燒2h，得到碳材料。

25、進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，將溴化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的溴化氫水溶液倒入真空玻璃干燥器中，然后放入適量碳材料，加熱至吸附溫度為25～60℃，利用碳材料對溴化氫氣體進(jìn)行吸附，吸附時間為24～72h，計算吸附效率；或者，

26、將氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液倒入真空玻璃干燥器中，然后放入碳材料，加熱至吸附溫度為25～60℃，利用碳材料對氯化氫氣體進(jìn)行吸附，吸附時間為24～72h，計算吸附效率。

27、進(jìn)一步的，所述碳材料對溴化氫氣體的吸附效率為20％～50％，所述碳材料對氯化氫氣體的吸附效率為20％～50％。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、本發(fā)明提供了一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法，是對廢舊鋰離子電池正極材料的綠色資源化利用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)溴化氫的高效吸附。

30、該方法以生物質(zhì)和鋰離子電池正極材料浸出液為原料，煅燒得到碳材料，利用制得的碳材料在溫和的條件下對溴化氫氣體進(jìn)行吸附，不僅能夠解決現(xiàn)存的資源浪費與環(huán)境污染問題，具有綠色環(huán)保、操作簡單、條件溫和、成本低廉等優(yōu)點，而且對鋰離子電池正極材料浸出液和蘆葦、秸稈廢棄物的資源化利用具有重要的實際應(yīng)用價值。

技術(shù)特征：

1.一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，將氫鍵受體和乳酸按1：10～1：14的摩爾比混合，在60℃條件下攪拌至充分溶解，制備得到低共熔溶劑；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，將質(zhì)量比為50:1的低共熔溶劑和鋰離子電池正極材料在120℃混合攪拌24h，得到混合液。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，將混合液在12000轉(zhuǎn)每分鐘的離心速率下離心20分鐘，離心后的上清液即為浸出液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋰離子電池正極材料為鈷酸鋰或磷酸鐵鋰。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物質(zhì)為秸稈或蘆葦；所述步驟(2)中將經(jīng)過自然干燥的蘆葦廢棄物或秸稈廢棄物進(jìn)行粉碎，得到蘆葦廢棄物粉末或秸稈廢棄物粉末，備用。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，將混勻的生物質(zhì)與浸出液在500℃下煅燒2h，得到碳材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，將溴化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的溴化氫水溶液或氯化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37％的鹽酸水溶液倒入真空玻璃干燥器中，然后放入碳材料，加熱至吸附溫度為25～60℃，利用碳材料對溴化氫氣體或氯化氫氣體進(jìn)行吸附，吸附時間為24～72h，計算吸附效率。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述碳材料對溴化氫氣體的吸附效率為20％～50％，所述碳材料對氯化氫氣體的吸附效率為20％～50％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于工業(yè)廢棄物處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用廢舊鋰離子電池正極材料制備碳材料并用于吸附溴化氫的方法，包括以下步驟：將質(zhì)量比為45～55：1的低共熔溶劑和鋰離子電池正極材料在110～130℃混合23～25h，離心得到浸出液；將生物質(zhì)與浸出液按質(zhì)量比1：1～1：4混合均勻，400～600℃煅燒1.5～3h，得到碳材料；利用碳材料對溴化氫氣體或氯化氫氣體進(jìn)行吸附，吸附溫度為25～60℃，吸附時間為24～72h。該方法利用制得的碳材料在溫和的條件下對溴化氫氣體進(jìn)行吸附，不僅能夠解決資源浪費與環(huán)境污染問題，而且對鋰離子電池正極材料浸出液和蘆葦、秸稈廢棄物的資源化利用具有重要的應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：陳鈺,王韜然,王艷龍,趙國健,申雅雪,石卓加,陳佳欣,楊梓藤,劉子程,王晶,張晴,楊明帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廊坊師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26