[发明专利]利用电镀和有机污泥制备二维合金/碳复合纳米材料的方法

说明书

本发明属于固废资源化处理技术领域，公开了一种利用电镀和有机污泥制备二维合金/碳复合纳米材料的方法。将电镀污泥、有机污泥和无机盐混合后加热搅拌至水分蒸干，沉积得到含金属组分/有机碳组分/无机盐的前驱体，然后经研磨后在保护气氛下焙烧处理，得到合金纳米粒子/碳@无机盐复合物，再加入到水中溶解无机盐模板，分离回收漂浮在溶液表面的黑色物质得到导电石墨碳；剩余混合物通过离心分离，得到二维合金/碳复合纳米材料，剩余无机盐溶液经浓缩后循环使用。本发明方法不仅提高了资源的利用率，也为解决两大固废污染供了一个有经济效益的方案。

技术领域

本发明属于固废资源化处理技术领域，具体涉及一种利用电镀和有机污泥制备二维合金/碳复合纳米材料的方法。

背景技术

目前电镀工艺产生的废水和污泥造成的环境污染问题十分严重，主要是因为电镀过程产生的废水含有高浓度的重金属离子(Cu²⁺、Ni²⁺、Cr⁶⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等)，电镀废水处理过程中会产生大量的电镀污泥，如果不能科学、合理地对电镀污泥进行处理，会对环境造成二次污染。

电镀污泥中含有的金属品位要高于常见的金属富矿石，以镍为例，常见的镍矿当镍含量达到2％时就具备商业开采的价值，而电镀污泥中的镍含量一般为2％-4％，因此资源化利用电镀污泥中的金属元素能产生可观的商业价值。

目前对电镀污泥的资源化处理方法主要包括湿法提取、焙烧浸取法、碳热冶炼法等；然而这些方法处理含多元金属组分的电镀污泥时，不可避免地遇到操作复杂、元素分离困难、产物需进一步处理才能被使用的问题。因此开发一种操作简单、将电镀污泥合成为能直接应用的工业产品的工艺具有重要意义。

工业有机污泥是指沉淀设备产生的以有机物为主要成分的沉淀物质，它是处理有机废水(包括生活污水)的产物。工业有机污泥含水量一般为90％以上，脱水困难，并且其贮存及处置过程都会出现腐化和高耗氧的情况，容易对环境造成污染。一般通过微生物消化法或化学药剂氧化法将有机物转化为气体来处理有机污泥。但微生物消化法需要额外供给氧气，能量消耗也大；而化学药剂氧化法难以彻底破坏污泥中的有机物，且容易形成新的污染。因此，对工业有机污泥的处理仍需开发成本更低、降解效率更高、更绿色环保的方法。

专利CN103028412A公开了一种利用电镀废水或污泥制备碳黑-金属氧化物复合催化剂的方法。通过将包括有铁、锌、铬、镍、铜及钴的电镀废水或者烘干电镀污泥，与有机物含量大于1000ppm的有机废水通过混合沉淀，所得混合沉淀物在800-1000℃下裂解转化为碳黑-金属氧化物复合催化剂；该碳黑-金属氧化物复合催化剂可用于高温催化分解有机污染物。其利用的原理是电镀污泥粉末具有较大的比表面积，对有机废水中的有机物具有较大的吸附能力；在控制有机废水pH＝9-12范围内时，电镀废水、污泥中的部分金属与有机废水中有机物形成络合结构，并沉淀于电镀污泥表面。但该方法混合沉淀效果有限，部分金属成分与有机成分难以实现固液分离并得到有效利用。

相转移-熔融盐-碳热法是一种能大规模制备二维纳米催化剂的方法，该方法首先是表面活性剂在液相中与金属阳离子络合，并由水相向油相运动，然后通过分液去除水相；然后将油相中的有机溶剂加热蒸发掉，剩余的表面活性剂-金属离子络合物则与一定比例的无机盐混合后研磨；研磨后的固体混合粉末则在管式炉中惰性气氛下高温还原，表面活性剂作为碳源将金属离子/氧化物还原成单质或合金。大连理工大学郝策课题组使用碳热法合成FeNi@C系列催化剂，由于具有双金属催化位点，该系列催化剂在电催化ORR和OER均表现出优异的催化性能(DOI:10.1002/chem.201904685)。华中科技大学黄亮课题组研究发现，将熔融盐法使用的盐模板在液相中与前驱体混匀后焙烧，能够制备更薄的二维纳米材料，该二维材料的催化性能也能得到进一步提升(DOI:10.1039/c7ta05821g)。因此，如能将上述技术用于固废资源化处理，将是环保产业与资源循环利用产业中的一项具有显著创新的举措。

发明内容