一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法制造技术

本发明专利技术提供一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，属于熔盐制碳工艺中碳材料分离技术领域。采用该方法分选融合在一起的熔盐与碳的混合产物需要经过以下5步：(1)将盐

【技术实现步骤摘要】
一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法


[0001]本专利技术属于熔盐电解制碳工艺中碳材料与熔盐分离
，具体涉及一种分离盐
‑
碳混合物的风力分选法。

技术介绍

[0002]自工业革命开始以来，随着全球经济的迅速发展，大气中二氧化碳(CO2)的浓度从20世纪初的270ppm升高到目前的400ppm，这会导致全球气候变暖和灾难性天气的发生，进而影响到人类的生存。为了应对这一全球气候问题的挑战，一方面要发展低碳、节能、环保、资源可持续利用的绿色减排技术；另一方面我们需要采用一定的方法捕集大气中的CO2并固定转化为碳材料。近年来本课题组研发的熔盐CO2捕集与电化学转化技术一方面实现了大气中CO2的固定，另一方面实现了转化碳材料的高附加值利用。本课题组已经将该技术由实验室安级规模逐渐放大到了百安级和千安级规模。在该技术逐级放大的过程中，随着该技术逐级放大，新的问题出现：阴极产物中含有很高比例的凝固的电解质熔盐(95wt.％～97wt.％)以及一定比例的碳材料，要高效经济的利用熔盐中的碳材料，其与熔盐的分离问题亟待解决。
[0003]熔盐捕集CO2及其电化学转化技术制备出了各种高附加值的碳材料(活性炭、石墨碳片、碳纳米管、碳纤维、碳微球)，在这些碳材料与熔盐的分离方面，实验室通常的传统的方法是采用大量的浓盐酸和纯水进行浸泡、洗涤至中性、过滤、烘干。经测算，要得到1kg的高附加值碳材料，传统的方法消耗的浓盐酸的量为34L，洗涤至中性需要消耗的纯水在2～4m3，最重要的是这一部分附带的熔盐在与浓盐酸的反应下完全转变成了氯化物盐，无法实现这一部分熔盐的循环再利用，这无疑会增加该技术的工艺成本。

技术实现思路

[0004]为了解决上述传统方法从熔盐中分离碳材料造成的环境的污染与资源的浪费问题，本专利技术提出了一种利用碳材料和熔盐的密度、颗粒形状不同进行分离的方法，该方法的核心机理在于：在高温条件下，由于液态电解质对固态碳的润湿作用，会均匀的附着在碳颗粒表面。熔盐中电解制备出的碳材料与电解质两相界面之间仅为范德华力相互作用，在机械粉碎和球磨下，碳颗粒与盐颗粒由于柔韧性和硬度不同，在被粉化至一定粒径时其两相间的范德华力便会被打破，在风力作用下，沉降到不同的区域，实现盐
‑
碳分离。
[0005]为了实现熔盐中分离碳材料的风力分选法，具体的实施方案为：
[0006]一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，
[0007](1)将盐
‑
碳混合产物置于密封粉碎机中在惰性气体气氛保护下进行破碎、粉化。
[0008](2)将破碎、粉化的盐
‑
碳混合物置于密封球磨机中在惰性气体气氛保护下磨细。
[0009](3)将磨细的盐
‑
碳混合物置于通过多孔筛进行筛分。
[0010](4)将通过筛分盐
‑
碳混合物置于恒温干燥风力分选平台上采用一定风速和样品台高度进行风力分选。
[0011](5)分别收集盐、碳产物。
[0012]进一步的，步骤(1)中所述的盐为电化学转化制碳中的熔盐电解质的凝固态，主要涉及Li2CO3、Li2CO3‑
Na2CO3、Li2CO3‑
K2CO3、Li2CO3‑
Na2CO3‑
K2CO3、Li2CO3‑
Na2CO3‑
K2CO3‑
Li2SO4、Li2O
‑
LiCl
‑
KCl、LiCl
‑
KCl
‑
CaCO3、CaO
‑
LiCl
‑
KCl等中的一种。
[0013]进一步的，步骤(1)(2)中所用的粉碎室和球磨罐都需要密封设计，球磨和筛分过程中室内和罐内物料不与外界空气接触，充入的高纯惰性气体包括：氩气、氮气的一种。
[0014]进一步的，步骤(3)中所述的多孔筛目数为200目，对于未通过多孔筛筛孔的大颗粒，需要重新采用步骤(1)(2)继续破碎、粉化、球磨。
[0015]进一步的，步骤(4)所述的风力分选平台的风速一般设定在1～25m
·
s
‑1。
[0016]进一步的，步骤(4)中所述的风力分选平台的样品台高度一般设定在距离沉降平面0.5～1.5m。
[0017]进一步的，步骤(4)中风力分选平台的沉降区的长度设定在1m～10m。
[0018]进一步的，步骤(4)中所述的恒温干燥风力分选平台包括进样台、可升降样品台、温度调节装置、干燥装置、温湿度传感器、风机和控制器，温湿度传感器将温度信息和湿度信息传递给控制器，控制器控制温度调节装置和干燥装置运转，控制器能控制风机调节风速，进样台上开有漏斗形进样口。
[0019]进一步的，所述进样台和样品台之间开有进风通道，风机连接在进风通道的入口处。
[0020]进一步的，所述进风通道包括水平段和上斜段，上斜段向上倾斜5
°
～15
°
，且进样口位于水平段上方。由于密度较大的熔盐借助风力向上运动比借助风力水平运动更加困难，因此进样口向上倾斜更利于密度较大的熔盐和密度较小的碳材料的分离。倾斜角度5
°
～15
°
既能使进风通道保持一定的斜度，又能避免斜度太大，部分碳材料被阻挡不能顺利被吹出。
[0021]进一步的，该风力分选方法能在碳颗粒沉降区获得碳含量为93wt.％～99.5wt.％、盐含量低于1.0wt.％～7.0wt.％的碳产品。
[0022]本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的风力分选法能大幅度减少使用甚至不使用浓盐酸、纯水等；采用惰性气体气氛能避免碳材料与氧气接触，保证安全性；恒温干燥风力分选平台能避免潮湿环境下熔盐的溶融以及碳材料的粘结。
附图说明
[0023]图1为实施例中阴极收集的盐
‑
碳混合物，左图为碳纳米颗粒与盐混合物，右图为碳片与盐混合物；
[0024]图2为风力分选法工艺的流程图；
[0025]图3为实验室风力分选平台原理示意图。
[0026]图中1、沉降区，2、进样口，3、风机，4、样品台。
具体实施方式
[0027]为了更加清晰明了的说明风力分选法在盐
‑
碳分离中的技术优势，下面通过具体的实施例来进行进一步说明，但应当特别说明的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释
本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]实施例1
[0029]所有实施例和对比例中所用到的盐
‑
碳混合物均采用千安级电解槽电解转化，电解具体条件为：温度500℃，电流密度50mA
·
cm
‑2，阳极采用惰性析氧阳极，阴极采用高纯镍板。
[0030]将在500℃下，电流密度50mA
·
cm
‑2，Li2CO3‑
Na2CO3‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将盐
‑
碳混合产物置于密闭粉碎机中在惰性气体气氛保护下进行破碎、粉化；(2)将破碎、粉化的盐
‑
碳混合物置于密闭球磨机中磨细，球磨室内采用惰性气体气氛保护；(3)将磨细的盐
‑
碳混合物通过多孔筛进行筛分；(4)将通过多孔筛的盐
‑
碳混合物置于恒温干燥风力分选平台上采用恒定风速和样品台高度进行风力分选，未通过多孔筛的大颗粒盐
‑
碳混合物重复步骤(1)(2)(3)；(5)将沉降区内盐碳产物进行分区收集。2.根据权利要求1所述的一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，其特征在于，步骤(1)中所述的盐为Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Li2SO4、Li2O、LiCl、KCl、CaCO3、CaO中的任意一种或多种混合的熔盐。3.根据权利要求1所述的一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，其特征在于，步骤(1)(2)中所述惰性气体为氩气、氮气中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种用于熔盐中碳材料分离的风力分选法，其特征在于，步骤(3)中所述的多孔筛的目...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪的华，窦砚鹏，杜开发，尹华意，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：