[发明专利]一种利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法

权利要求书

1.一种利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，所述超级电容器电极材料包括Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料和复合纳米电极材料，具体包括如下步骤：

步骤1，从废旧锌锰电池中分别回收Zn、Mn元素，得到Mn(NO₃)₂溶液和ZnCl₂溶液；

步骤2，用Mn(NO₃)₂溶液和ZnCl₂溶液分别制备Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料和复合纳米电极材料：

1）制备Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料：

将Mn(NO₃)₂溶液和ZnCl₂溶液以摩尔比为4:1-16进行混合，添加尿素调混合溶液PH值呈现中性，向混合溶液中加入乙醇，其中乙醇的体积与混合溶液的体积为1:0.2-2，在100-180℃反应12-24 h后，生成的固体产物用体积比为1:0.3-3的去离子水与乙醇混合液充分洗涤，然后过滤出沉淀物，烘干后得到Zn-Mn共混氧化物纳米电极材料；

2）制备复合纳米电极材料：将生物炭粉末按照质量比1：0.5-3的比例加入到ZnCl₂溶液中进行充分浸渍，过滤出沉淀物，在惰性气氛下于700-1000 ℃煅烧2-6小时，用浓度为0.1-0.5mol/L的HCl充分洗涤以除去生物炭中的残留的氧化物，并用去离子水清洗后烘干，得到活化生物炭；然后对活化生物炭进行氧化改性处理，得到表面氧化改性生物炭；将表面氧化改性生物炭加入到Mn(NO₃)₂溶液中进行混合并充分浸渍，然后加入有机溶剂、配体进行超声粉碎乳化，在温度120-200 ℃下热反应12-24 h，将得到的固体粉末在N₂或Ar气氛下于700-1000 ℃高温煅烧2-8 h，获得复合纳米电极材料。

2.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤1中，从废旧锌锰电池中分别回收Zn、Mn元素的具体步骤为：采用机械破碎的方法将废旧锌锰干电池破碎，并分别收集废弃正极Mn化合物和负极Zn化合物；

将Mn化合物采用超声清洗过滤直至滤液呈中性，获得初粉，并置于马弗炉中于250-500℃煅烧2-5个小时获得回收的Mn化合物；采用0.5-3 mol/L的HNO₃溶液与30wt% H₂O₂共同溶解煅烧后的Mn化合物，并过滤取滤液，得到回收的Mn(NO₃)₂溶液；

将Zn化合物置于0.5-3 mol/L的 HCl溶液中搅拌直至溶解，即获得回收的ZnCl₂溶液。

3.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤2中生物炭粉末的制备具体步骤为：将花生壳、玉米芯、稻谷壳、麦秸秆采用粉碎机粉碎，并用去离子水充分洗涤以除去表面的灰尘后置于烘箱中烘干，然后在400-550 ℃温度下在惰性气氛中煅烧2-6 h，充分研磨后得到生物炭粉末。

4.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤2中对活化生物炭进行氧化改性处理的具体步骤为：将活化生物炭与浓H₂SO₄混合均匀，其中活性生物炭与浓H₂SO₄的比例为0.1g：10-50 mL，在0-5 ℃温度下充分冷却后，再加入KMnO₄和NaNO₃，二者质量比为1:0.1-9，在40-80 ℃温度下反应0.5-5 h，冷却后用去离子水稀释，并逐滴滴入H₂O₂直至混合物变为金黄色或土黄色，静置后离心洗涤分离出固体粉末，得到表面氧化改性的生物炭。

5.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤2中的配体采用对苯二甲酸、均三苯甲酸、对苯二甲胺、均三苯甲胺、1-甲基咪唑，苯并咪唑中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的利用废旧锌锰电池制备超级电容器电极材料的方法，其特征在于，步骤2中的有机溶剂采用甲醇、乙醇、乙二醇、正辛醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或任意两种的混合物。