[发明专利]一种废旧锂电池基金属改性催化剂催化生物质热解的方法

说明书

本发明公开了一种废旧锂电池基金属改性催化剂催化生物质热解的方法，具有如下步骤：1)对废旧锂电池进行预处理，得到废旧锂电池的阴阳极电极材料；2)对阴阳极电极材料进行热解，得到电极材料热处理产物；3)将电极材料热处理产物中金属负载于多孔载体材料上；4)将生物质在惰性气氛下进行快速热解释放挥发分；5)将步骤4)中的挥发分通入布置有改性催化剂的催化反应器中，在重整气氛下在改性催化剂的作用下进行催化重整反应，冷却后收集热解产生的生物油、焦炭和气体产物。本发明所提供的废旧锂电池基金属改性催化剂催化生物质热解的方法，能够大幅提高生物油中芳香烃类化合物含量，有效提高生物油和气体产物的品质。

技术领域

本发明属于生物质能利用和废旧锂电池回收产业领域，具体涉及一种废旧锂电池基金属改性催化剂及其应用。

背景技术

芳烃类化合物是炼油和化工的桥梁，是化工行业中最重要的原材料之一。芳香烃化合物主要包括以苯、甲苯和二甲苯为主的轻质芳烃(BTX)和多环芳烃萘、茚等等，其中轻质芳烃是基本的有机化工原料和需求量巨大的大宗化学品，可以通过工艺流程用于合成高分子材料塑料、农业和医疗等行业，多环芳烃萘是用于制备染料和增塑剂的重要原料。另一方面，芳香烃具有较高的辛烷值，可用于提高汽油质量。我国对芳香类化合物具有极大的市场需求，但目前我国芳香化合物对外依存度还很高，具有极大的市场缺口。采用储量丰富且可再生的生物质热解制备生物油和合成气，是一项很有前景的技术，近年来受到学术界和企业界的广泛关注。生物质热解生物油包含多种高价值化学品，因而生物质热解有望成为制备芳烃类化合物有效替代途径。但是，目前生物质热解生物油和气体产物品质普遍较低，限制了其广泛应用。

为解决生物质热解生物油和气体产物品质低的问题，研究者们常通过在生物质热解过程中加入催化剂的方法进行催化热解。催化剂的加入，导致生物质热解挥发分发生脱羧基、脱羰基、脱水聚合等一系列复杂的化学反应从而达到生物油提质以及H₂产量提高的效果。国内外学者在生物质催化热解方面开展了大量的工作。目前研究较多的催化剂可以分为沸石分子筛类以及金属类催化剂，二者在生物油的脱氧提质以及产物的定向选择等方面表现出了一定的催化提质效果。将金属负载于多孔载体上构建催化剂，例如将Ni负载于ZSM-5分子筛上构成的Ni-ZSM-5催化剂，可明显提高生物质催化热解产物的品质。然而，具有催化效果的金属如Ni和Co等资源稀缺，价格昂贵。所以现阶段迫切需要开发用于生物质催化热解的高效廉价金属负载催化剂。

近些年新能源汽车、电子元器件和5G通讯产业的蓬勃发展，使得锂离子电池得到了大量使用。但是锂离子电池自身循环寿命较短，每年将产生大量的废旧锂离子电池。到2019年，中国有多达50万吨的废旧锂电池亟待处理处置。废旧锂离子电池富含Ni、Co、Mn和Fe等元素，这些元素产物可能会对生物质热解过程存在的催化作用。因而本专利利用废旧锂电池中具有催化作用的金属元素，将其负载于多孔载体上获得废旧锂电池基金属改性催化剂，用于生物质的催化热解重整过程，既能实现提升生物质热解生物油和气体产物的品质，又能实现废旧锂电池的无害化处理和资源化利用。并且，所获得的催化剂易于再生和重复利用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种废旧锂电池基金属改性催化剂催化生物质热解的方法，旨在充分利用废旧电池热解产物中的Co、Ni等元素，构建废旧锂电池基金属改性催化剂，解决现有废旧锂电池热解产物催化生物质热解产物中生物油品质不佳的问题。同时，所获得的催化剂易于再生和重复利用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种废旧锂电池基金属改性催化剂催化生物质热解的方法，包括如下步骤：

1)对废旧锂电池进行预处理，得到废旧锂电池的阴阳极电极材料；

2)对阴阳极电极材料进行热解，得到电极材料热处理产物；

3)将电极材料热处理产物中金属负载于多孔载体材料上，得改性催化剂；