[发明专利]一种废旧锌锰电池-生物质吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附剂制备技术领域，具体涉及一种废旧锌锰电池- 生物质吸附剂的制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明的特点在于：

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；