[发明专利]利用钛酸锂电池负极废料制备掺杂型光催化材料的方法

说明书

本发明涉及一种利用钛酸锂电池负极废料制备掺杂型光催化材料的方法，包括如下步骤：将经过拆解和去除粘结剂的金属离子掺杂钛酸锂电池负极废料用浓硝酸进行溶解并蒸干；加入去离子水溶解后，取一定量到含无水乙醇和去离子水的混合液中；向混合液加入钛酸四异丙酯后进行水浴老化；所得沉淀经高温煅烧得到锂和掺杂金属离子掺杂的TiO₂光催化材料。本发明充分利用了锂电池负极废料钛酸锂掺杂的金属离子来制备阳离子掺杂型TiO₂光催化材料，处理方法简单，成本低。所制备的阳离子掺杂型TiO₂光催化材料具有全光谱利用能力和高效的光催化活性。

技术领域

本发明属于钛酸锂电池负极废料资源化利用领域，具体是一种利用钛酸锂电池负极废料制备掺杂型光催化材料的方法，特别涉及一种金属离子掺杂钛酸锂电池负极废料制备阳离子掺杂型TiO₂光催化材料的方法。

背景技术

锂电池是电动汽车和电动摩托车广泛使用的动力电源。随着近年来电动汽车与摩托车市场的快速发展，锂电池的使用量迅速增加，相应地，废弃锂离子电池的报废数量也开始逐年增多，若不对其进行合理的处理处置，不但会引起环境的污染，还会对锂等金属资源造成浪费。

电动汽车与电动摩托车近年来使用的锂电池一般为钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)电池。钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)是一种尖晶石固溶体，具有“零应变”特性，即嵌入或者脱出锂离子时，其晶胞体积变化很小。将钛酸锂作为锂电池负极材料，具有循环性能好、安全性高等优点(相关文献:李文良等,钛酸锂负极材料的改性研究进展,电源技术,2015,39,1993)。但钛酸锂也有低电子电导率和导电性的缺点，为此，人们均会在钛酸锂负极材料制备时掺杂铝、镁、钙、锌、钨、铌、镧、矾或锆等金属离子(相关文献:熊训辉等,Al掺杂对Li₄Ti₅O₁₂结构及性能的影响,中国有色金属学报,2011,21,2146；刘世斌等,铈掺钛酸锂负极材料的电化学性能研究,太原理工大学学报,2013,44,127)。然而，掺杂了其他金属的钛酸锂电池增加了其资源化利用的难度。

目前，钛酸锂电池负极材料报废以后，一般是采用酸洗、过滤、除杂、浓缩等步骤后分别制得偏钛酸和碳酸锂粉末，再将这两种粉末按比例烧结后得到钛酸锂负极材料(相关专利:CN 102390863 A)。然而，这样的处理方法对于掺杂了其他金属离子的钛酸锂负极废料回收并不适合。

发明内容

针对现有钛酸锂电池负极废料处理技术的不足，本发明提供一种利用钛酸锂电池负极废料制备掺杂型光催化材料的方法，特别是一种金属离子掺杂钛酸锂电池负极废料制备阳离子掺杂型TiO₂光催化材料的方法。本发明基于钛与某些金属联用可提高TiO₂光催化材料光催化性能的原理，以金属离子掺杂钛酸锂电池负极废料制备阳离子掺杂型TiO₂光催化材料，提高了TiO₂的光催化活性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种利用钛酸锂电池负极废料制备掺杂型光催化材料的方法，包括如下步骤：

步骤一，将金属离子掺杂钛酸锂电池负极废料进行酸溶解，蒸发所得酸解液，得干固；

步骤二，用水充分溶解所述干固，得到含锂、钛和掺杂金属离子的溶液，调节溶液pH值为1.0～3.0；如果过酸将会使后续pH值难以调节，而过碱将会使一些金属离子发生絮凝沉淀；

步骤三，将步骤二所得溶液加至水中，继续调节pH值至1.0～4.0；如果过酸将会减慢后面钛酸四异丙酯的水解，使TiO₂产率减少；而过碱将会使TiO₂晶粒过量长大，降低表面活性，削弱光催化性能；