以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法、产品及用途技术

本发明专利技术公开了一种以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法、产品及用途。本发明专利技术以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料，将原料与氮源混合，升温，在惰性气体下煅烧，冷却后得到核壳结构催化剂。该核壳结构催化剂可高效活化单过硫酸盐降解有机污染物，且降解过程受环境条件影响小，与未处理的废渣相比仅有极少量的金属的溶出，可固定废渣中的有毒金属元素。因此，该核壳结构催化剂在活化单过硫酸盐降解有机污染物中的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法、产品及用途


[0001]本专利技术属于化学材料领域与污染物处理
，特别涉及一种以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法、产品及用途。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的普及及3C产品成为人们的生活必需品，废旧锂电池回收处理成为迫切需要解决的问题。中国自2010年将新能源汽车纳入战略产业规划，2015
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2018年产业速率皆在50％以上，2019年我国新能源汽车销量达到120.6万辆。锂电池的使用寿命大约为3
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5年，预计到2025年，废旧锂离子电池将达到64万吨。三元材料Li(NixCoyMn1－x－y)O2由于其具有较高的材料质量比容量、质量和体积比能量，以及较好的倍率性能和低温性能，其已成为新能源乘用车的宠儿，装车量逐年升高。三元锂电池的正极材料主要包括锂、镍、钴和锰，负极材料为导电石墨。目前的锂电池回收工艺主要为对金属外壳的回收以及对正极材料中的锂、镍、钴等有机金属的回收。根据目前的回收工艺，回收效率一般不可能达到100％，因此回收完的废渣中还可能存在部分镍钴锰等金属元素，随意废弃可能会导致重金属溶出，造成环境风险。此外，镍钴锰等元素也是具有较好催化活性的过渡金属元素。
[0003]高级氧化技术是有机污染废水的常用技术。相比于传统高级氧化使用的H2O2，过硫酸盐氧化剂具有储存和运输成本低、活化技术广泛、氧化过程中受环境条件的影响小等优势。单过硫酸盐(PMS)是过硫酸盐氧化技术中常用的高效稳定氧化剂。PMS的活化技术包括热活化、过渡金属离子活化、碱活化、紫外光活化等。然而，已有的活化方法存在能量消耗高、重金属离子二次污染等不足。高效安全的催化剂的开发是基于过硫酸盐氧化剂的降解技术广泛应用的前提。因此开发合成方法简单、效果好、成本低的碳催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法。该方法是一步合成方法，以废弃三元锂电池提取完Li和Ni、Co、Mn等磁性金属后的末端废渣为原材料，加入三聚氰胺作为氮源，通过简单的一步合成法，制备得到具有核壳结构的催化剂，可高效活化单过硫酸盐降解有机污染物，且可固定重金属离子，减少金属离子溶出造成的重金属污染风险。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供通过上述方法得到的高效核壳结构催化剂。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述高效核壳结构催化剂的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]一种以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法，包括如下步骤：以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料，将原料与氮源混合，升温，在惰性气体下煅烧，冷却后得到核壳结构催化剂。
[0009]所述的末端废渣是对废弃三元锂电池的金属外壳的回收以及对正极材料中的锂、镍、钴等有机金属的回收后得到的废渣。
[0010]所述的氮源优选为三聚氰胺粉末。
[0011]所述的原料和所述的氮源优选按质量比1：3～3：1配比；更优选按质量比1：1配比。
[0012]所述的惰性气体用于保证反应环境无氧，且不参与反应；优选为氮气或氩气。
[0013]所述的升温的速率优选为4～6℃/min；更优选为5℃/min。
[0014]所述的煅烧的条件优选为于750～850℃煅烧1小时；更优选为于800℃煅烧1小时。
[0015]所述的煅烧的设备优选为管式炉。
[0016]所述的冷却优选为自然冷却。
[0017]所述的方法还包括如下步骤：对得到的核壳结构催化剂清洗、干燥。
[0018]所述的清洗的溶剂优选为超纯水。
[0019]所述的干燥的温度优选为100～110℃；更优选为105℃。
[0020]一种高效核壳结构催化剂，通过上述方法制备得到。
[0021]上述高效核壳结构催化剂可高效活化单过硫酸盐降解有机污染物，且降解过程受环境条件影响小，与未处理的废渣相比仅有极少量的金属的溶出，可固定废渣中的有毒金属元素。因此，该高效核壳结构催化剂在活化单过硫酸盐降解有机污染物中的应用。
[0022]所述的有机污染物包括但不限于2,4
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二氯苯酚、苯酚、卡马西平、苯甲酸、1
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萘酚等。
[0023]所述的有机污染物优选为位于水体中的有机污染物，从而所述的高效核壳结构催化剂可用于有机废水处理。
[0024]本专利技术相对于现有的技术，具有以下优点及有益效果：
[0025](1)本专利技术所开发的催化剂具有核壳结构，纳米级石墨外壳包裹了金属氮氧化物，固定过渡金属，防止过渡金属在反应过程中的溶出，避免了重金属溶出的环境风险。
[0026](2)本专利技术所制备的核壳结构材料可高效活化PMS降解有机污染物，投加量小，且环境条件对降解的效果影响较小。
[0027](3)本专利技术所提出的材料制备方法简单，原材料为危险工业废弃物，经一步合成法变危废为高价值催化剂，具有大规模工业化生产的条件，经济价值高。
附图说明
[0028]图1为原始废渣和核壳结构催化剂的扫描电镜图和元素分布图。
[0029]图2为原始废渣和核壳结构催化剂的透射电镜图和元素分布图。
[0030]图3为核壳结构催化剂催化单过硫酸盐降解有机污染物的动力学结果图。
[0031]图4为不同pH条件下核壳结构催化剂催化单过硫酸盐降解2,4
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二氯苯酚的结果图。
[0032]图5为阴离子对核壳结构催化剂催化单过硫酸盐降解2,4
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二氯苯酚的影响结果图。
[0033]图6为不同浓度腐殖酸条件下核壳结构催化剂催化单过硫酸盐降解2,4
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二氯苯酚的结果图。
[0034]图7为核壳结构催化剂经水洗涤的循环利用实验结果图。
具体实施方式
[0035]下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0036]实施例1
[0037]本实施例中核壳结构催化剂的制备方法包括以下具体步骤：
[0038]将粉末状1g废弃三元锂电池回收的末端废渣和1g三聚氰胺加入刚玉方舟，用药匙充分混合均匀，放入管式炉中，通入高纯N2，保证出气阀畅通，接着以5℃/min的升温速率从室温升高到800℃，并保持一小时，然后自然冷却至室温，超纯水清洗三遍后105℃于鼓风干燥箱中烘干。
[0039]原始废渣(NCM0)和核壳结构催化剂(NCM1)的扫描电镜和透射电镜的结果如图1所示。图1中(a)和图1中(b)分别为原始废渣(NCM0)和核壳结构催化剂(NCM1)的扫描电镜图。由图1可以看出，两种材料的形貌均为复合金属呈颗粒状附着在块状石墨表面，但NCM0的颗粒是不规则的，N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料制备高效核壳结构催化剂的方法，其特征在于包括如下步骤：以废弃三元锂电池回收的末端废渣为原料，将原料与氮源混合，升温，在惰性气体下煅烧，冷却后得到核壳结构催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括如下步骤：对得到的核壳结构催化剂清洗、干燥。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的氮源为三聚氰胺粉末；所述的原料和所述的氮源按质量比1：3～3：1配比。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的惰性气体为氮气或氩气。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述的升温的速率为4～6℃/min；所述的煅烧的条件为于750～850℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青，杨晶晶，张珂嘉，张雪娇，吴丰昌，
申请(专利权)人：广东省科学院生态环境与土壤研究所，
类型：发明
国别省市：