一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，具体为：将分拆的废旧碱性电池负、正极电极材料粉碎，将负极电极材料进行微生物浸提，得到制备铁氧体的准备液A，将准备液A进行水热合成反应，得到MnxZn1‑xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D，将正极电极材料进行化学浸提，得到掺锰氧化锌材料前驱体E，将MnxZn1‑xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D与掺锰氧化锌材料前驱体E进行共沉淀反应，得到MnxZn1‑xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂。本发明专利技术方法简单、高效且绿色环保，实现了废电池高附加值资源化的利用。

A Method for Preparing Composite Nano-magnetic Photocatalysts from Waste Alkaline Batteries

The invention discloses a method for preparing composite nanometer magnetic photocatalyst by using waste alkaline batteries. The method is as follows: crushing the separated waste alkaline batteries'negative and positive electrode materials, microbial extraction of negative electrode materials, obtaining preparation solution A for preparing ferrite, hydrothermal synthesis reaction of preparation solution A, and obtaining MnxZn1_xFe2O4 ferrite solid powder precursor D; The precursor E of manganese-doped zinc oxide material was obtained by chemical extraction of cathode electrode material. The precursor D of manganese-doped zinc oxide material was coprecipitated with the precursor E of manganese-doped zinc oxide material to obtain MnxZn1_xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O nanometer magnetic photocatalyst. The method of the invention is simple, efficient and green, and realizes the utilization of waste battery with high added value and resource.

【技术实现步骤摘要】
一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法
本专利技术属于光催化剂材料制备方法
，具体涉及一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法。
技术介绍
半导体纳米颗粒在紫外或太阳光下可催化降解有机污染物，其中ZnO具有宽带隙(3.4eV)、较好的生物相容性和易于制备而得到了广泛关注，但存在可见光利用效率低、纯相ZnO电子空穴对复合快及回收难等问题，限制了其使用。研究发现，尖晶石铁氧体具有比ZnO更窄的带隙，在2eV左右甚至更低，是一类潜在的可见光光催化磁性材料，因其光催化转化效率较差，纯相较少而直接用于光催化。在ZnO晶格中适当掺杂其他金属元素可以使其适合可见光吸收，相比于纯相，复合体异质结则可有效抑制光生电子和空穴的再次结合，提升光催化效率并具有更多的调变、改性的可能，可见构建新型铁氧体/氧化锌纳米复合结构是赋予材料新特性、提升其催化活性的有效途径。在废旧碱性电池中含有大量的Zn、Mn和Fe，可作为制备原料加以利用制备纳米光催化材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，具有可见光利用效率高且易于磁分离回收的特点。本专利技术所采用的技术方案是，一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，将废旧碱性电池的正极和负极电池材料进行分拆，再将正极和负极电池材料分别进行机械破碎，并进行筛分，得到正极电极粉末和负极电极粉末；步骤2，配制生物浸提培溶液，并进行菌株培养；步骤3，将步骤1得到的负极电极粉末加入到经步骤2处理的生物浸提培养溶液中进行生物浸提，定期取样对生物浸提溶液中的锰离子、锌离子和铁离子的浓度进行监测，浸提结束后，再根据监测的浓度，向生物浸提溶液中添加锌离子、锰离子或铁离子中的一种或几种进行离子浓度调整，得到制备MnxZn1-xFe2O4的准备液A；步骤4，将步骤3得到的制备MnxZn1-xFe2O4的准备液A以10℃/min的升温速率升温至45℃～55℃，并加入NaOH溶液调节pH值，得到混合液B；步骤5，将步骤4得到的混合液B进行加热处理、连续搅拌，待混合液B呈黑色稠糊状，停止搅拌，将混合液B移至水热高压釜中进行热水合成反应，得到半成品液C，将半成品液C依次经离心、洗涤、烘干及研磨处理，得到MnxZn1-xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D；步骤6，将步骤1中得到正极电极粉末加入到盐酸中进行化学浸提，定期监测锌离子和锰离子的浓度，再根据监测的浓度，向浸提溶液中添加锌离子或锰离子进行离子浓度调整，得到Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E；步骤7，称取一定量步骤5中得到的MnxZn1-xFe2O4固体粉末前驱体D置于容器中，并加入若干蒸馏水，再放入超声波仪器中进行超声处理，得到分散液F，向分散液F中滴加步骤6得到的Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E，搅拌，得到混合液G，向混合液G中逐滴加入氨水调节混合液G的pH值，再搅拌进行共沉淀反应，静置，得到黑色沉淀物，将黑色沉淀物依次经离心、洗涤处理后，将其置于烘箱中烘干，得到MnxZn1-xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂。本专利技术的特点还在于，步骤1中正极电极粉末和负极电极粉末的粒径小于200μm。步骤2的具体步骤为：在溶剂为蒸馏水，溶质为：2.0g/L～4.0g/L(NH4)2SO4、2.0g/L～3.0g/LK2HPO4、1.0g/L～3.0g/LMgSO4·7H2O、0.3g/L～0.5g/LCaCl2、1.0g/L～3.0g/LKCl、30g/L～50g/LFeSO4·7H2O、10g/L～20g/LS中加入氧化硫硫杆菌和氧化亚铁硫杆菌的混合菌，配制成生物浸提溶液，用加热棒控制浸提溶液的温度为25℃～35℃，再用气泵连续充气曝气，培育3天～5天，在培育过程中补充所蒸发掉的水分，监测浸提溶液的pH值及菌株密度，当pH值降为1.0～2.0且菌株密度达到2×108个/mL～2×1010个/mL时，培养结束。氧化硫硫杆菌与氧化亚铁硫杆菌的体积比为1:1，混合菌液与蒸馏水的体积比1:9。步骤3中负极电极粉末与生物浸提培养溶液的固液比为5％～10％，浸提天数为3天～5天，经调整后的锌离子、锰离子和铁离子的总离子浓度为2mol/L～3mol/L，MnxZn1-xFe2O4中的x为0.3～0.7。步骤4中NaOH溶液的加入速率为10mL/min～20mL/min，质量浓度为10％～20％，pH值为11～13。步骤5中加热处理的温度为70℃～100℃，升温速率为10℃/min～20℃/min，搅拌速度为120r/min～150r/min；热水合成反应的温度为180℃～200℃，反应时间为8h～10h，洗涤次数为5次，烘干温度为80℃。步骤6中正极电极粉末与盐酸的固液比为20％～30％，盐酸的浓度为5mol/L～8mol/L；经调整后的锌离子和锰离子的浓度比0.9：0.1，总浓度为1mol/L～2mol/L。步骤7中MnxZn1-xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D与蒸馏水的质量比为1:5，超声的时间为10min～30min，pH值为8～10，共沉淀反应时间为20min～30min，洗涤次数为3～5次，烘干温度为80℃。步骤7中MnxZn1-xFe2O4和Zn0.9Mn0.1O的质量掺杂比为0％～100％。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，利用易得的废旧碱性电池和安全环保的微生物浸提方法得到制备材料所需的锰、锌和铁金属原料，简单高效且实现废电池资源化利用；(2)本专利技术一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，将废旧碱性电池的正、负极电极材料，经微生物浸提、化学浸出，水热合成、共沉淀工艺得到易于磁分离回收的复合纳米磁性光催化剂，并显著提升了该材料的可见光光利用效率，能够应用于光催化降解废水中的有机污染物；附图说明图1是本专利技术方法制备的系列MnxZn1-xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂的X射线衍射谱图；图2是本专利技术方法制备的系列MnxZn1-xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂的带隙计算图；图3是本专利技术方法制备的MnxZn1-xFe2O4@50％-Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂对废水中亚甲基蓝进行可见光照射时光催化降解效率随时间的变化图；图4是本专利技术方法制备的系列MnxZn1-xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂磁滞回线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，将废旧碱性电池的正极和负极电池材料进行分拆，再将正极和负极电池材料分别进行机械破碎，并进行筛分，得到粒径小于200μm的正极电极粉末和负极电极粉末；步骤2，配制生物浸提溶液，并进行菌株培养；在溶剂为蒸馏水，溶质为2.0g/L～4.0g/L(NH4)2SO4、2.0g/L～3.0g/LK2HPO4、1.0g/L～3.0g/LMgSO4·7H2O、0.3g/L～0.5g/LCaCl2、1.0g/L～3.0g/LKCl、30g/L～50g/LFeSO4·7H2O、10g/L～20g/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将废旧碱性电池的正极和负极电池材料进行分拆，再将正极和负极电池材料分别进行机械破碎，并进行筛分，得到正极电极粉末和负极电极粉末；步骤2，配制生物浸提溶液，并进行菌株培养；步骤3，将步骤1得到的负极电极粉末加入到经步骤2处理的生物浸提培养溶液中进行生物浸提，每12h进行一次取样对生物浸提溶液中的锰离子、锌离子和铁离子的浓度进行监测，浸提结束后，再根据监测的浓度，向生物浸提溶液中添加锌离子、锰离子或铁离子中的一种或几种进行离子浓度调整，得到制备MnxZn1‑xFe2O4的准备液A；步骤4，将步骤3得到的制备MnxZn1‑xFe2O4的准备液A以10℃/min的升温速率升温至45℃～55℃，并加入NaOH溶液调节pH值，得到混合液B；步骤5，将步骤4得到的混合液B进行加热处理、连续搅拌，待混合液B呈黑色稠糊状，停止搅拌，将混合液B移至水热高压釜中进行热水合成反应，得到半成品液C，将半成品液C依次经离心、洗涤、烘干及研磨处理，得到MnxZn1‑xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D；步骤6，将步骤1中得到正极电极粉末加入到盐酸中进行化学浸提2h，浸提结束后监测锌离子和锰离子的浓度，再根据监测的浓度，向浸提溶液中添加锌离子或锰离子进行离子浓度调整，得到Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E；步骤7，称取一定量步骤5中得到的MnxZn1‑xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D置于容器中，并加入若干蒸馏水，再放入超声波仪器中进行超声处理，得到分散液F，向分散液F中滴加步骤6得到的Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E，搅拌，得到混合液G，向混合液G中逐滴加入氨水调节混合液G的pH值，再搅拌进行共沉淀反应，静置，得到黑色沉淀物，将黑色沉淀物依次经离心、洗涤处理后，将其置于烘箱中烘干，得到MnxZn1‑xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂。...

【技术特征摘要】
1.一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，将废旧碱性电池的正极和负极电池材料进行分拆，再将正极和负极电池材料分别进行机械破碎，并进行筛分，得到正极电极粉末和负极电极粉末；步骤2，配制生物浸提溶液，并进行菌株培养；步骤3，将步骤1得到的负极电极粉末加入到经步骤2处理的生物浸提培养溶液中进行生物浸提，每12h进行一次取样对生物浸提溶液中的锰离子、锌离子和铁离子的浓度进行监测，浸提结束后，再根据监测的浓度，向生物浸提溶液中添加锌离子、锰离子或铁离子中的一种或几种进行离子浓度调整，得到制备MnxZn1-xFe2O4的准备液A；步骤4，将步骤3得到的制备MnxZn1-xFe2O4的准备液A以10℃/min的升温速率升温至45℃～55℃，并加入NaOH溶液调节pH值，得到混合液B；步骤5，将步骤4得到的混合液B进行加热处理、连续搅拌，待混合液B呈黑色稠糊状，停止搅拌，将混合液B移至水热高压釜中进行热水合成反应，得到半成品液C，将半成品液C依次经离心、洗涤、烘干及研磨处理，得到MnxZn1-xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D；步骤6，将步骤1中得到正极电极粉末加入到盐酸中进行化学浸提2h，浸提结束后监测锌离子和锰离子的浓度，再根据监测的浓度，向浸提溶液中添加锌离子或锰离子进行离子浓度调整，得到Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E；步骤7，称取一定量步骤5中得到的MnxZn1-xFe2O4铁氧体固体粉末前驱体D置于容器中，并加入若干蒸馏水，再放入超声波仪器中进行超声处理，得到分散液F，向分散液F中滴加步骤6得到的Zn0.9Mn0.1O液体前驱体E，搅拌，得到混合液G，向混合液G中逐滴加入氨水调节混合液G的pH值，再搅拌进行共沉淀反应，静置，得到黑色沉淀物，将黑色沉淀物依次经离心、洗涤处理后，将其置于烘箱中烘干，得到MnxZn1-xFe2O4@Zn0.9Mn0.1O纳米磁性光催化剂。2.根据权利要求1所述的一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，其特征在于，所述的步骤1中正极电极粉末和负极电极粉末的粒径小于200μm。3.根据权利要求1所述的一种利用废旧碱性电池制备复合纳米磁性光催化剂的方法，其特征在于，所述的步骤2的具体步骤为：在溶剂为蒸馏水，溶质为：2.0g/L～4.0g/L(NH4)2SO4、2.0g/L～3.0g/LK2HPO4、1.0g/L～3.0g/LMgSO4·7H2O、0.3g/L～0.5g/LCaCl2、1.0g/L～3.0g/LKCl...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛志睿，张扬，巩帅，郭静，洪珍珍，
申请(专利权)人：延安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61