一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法、低碳纳米石墨化助剂和应用技术

本发明专利技术提供了一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法、低碳纳米石墨化助剂和应用，涉及生物质能技术领域。本发明专利技术提供的固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法，包括如下步骤：(1)将生物沥青进行预热，得到预热生物沥青；(2)将所述预热生物沥青和电炉粉尘以及生物油混合，得到半混生料；(3)将所述半混生料和气化助剂进行真空搅拌，得到混合生料；(4)将所述混合生料进行成型，得到料坯；(5)将所述料坯进行焙烧，得到碳铁混合物；(6)将所述碳铁混合物破碎后，进行磁选分离，得到低碳纳米石墨化助剂。本发明专利技术提供的制备方法生产效率高、成本低，更环保。更环保。更环保。

【技术实现步骤摘要】
一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法、低碳纳米石墨化助剂和应用


[0001]本专利技术涉及生物质能
，具体涉及一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法、低碳纳米石墨化助剂和应用。

技术介绍

[0002]基于双碳背景下，冶金工业逐步向短流程冶金转变，电炉的使用占比不断提升，电炉的大规模使用会产生大量的电炉粉尘，一座150吨电炉每日可产生7吨电炉粉尘，产量仍在不断扩大。电炉粉尘是典型的冶金废弃物，具有粒度小，反应活性高等优点，但因含有一定量的锌元素，而不适用于大量重新冶炼。目前尚无高效处理电炉粉尘的工业化报道，多数以堆积的形式储存，不仅占用土地资源，还会对土壤产生污染，引起严重的环境问题。
[0003]生物沥青是在生物质快速热解工艺中的液态产物，其中含有大量的沥青质与胶质，不仅具有良好的粘结特性，高温下还可作为还原剂。中国每年秸秆、林木三剩物、动物粪便产量巨大，潜在来源广泛，且成本相较于石油沥青更低。生物沥青属于绿碳原料，成分中的碳元素由植物光合作用而来，在生产与应用中，碳排放为绿碳，不会产生正碳排放。因此，生物沥青的广泛应用对资源环境保护和减少工艺碳排放具有显著作用。如中国专利CN113937313A中提到的一种铁硫磷共掺杂纳米多孔石墨催化剂的制备方法，所用原料为固体纯物质试剂，并结合了气粒输送还原与湿法工艺，是一种多孔石墨催化剂的有效制备方法，但是该方法的工艺过于复杂，原料成本较高，且存在大量碳排放；如中国专利CN202210185765.1提出一种绿色连续合成纳米铁及其复合材料的方法，所用原料为生物藻类与铁盐，在溶液中撞击获得纳米铁颗粒，是一种新颖的制备方法，但该方法属于液相还原法，藻类生物质收集难度大，副产物较多，且处理量有限，周期较长，无法与工业化设施协同；又如中国专利CN202210914821.0中提到一种生物炭负载纳米铁材料的绿色制备方法及应用，通过含铁溶液浸泡果皮实现铁颗粒的负载，是一种负载型纳米铁材料的绿色制备方法，但该方法属于液相还原法，且铁颗粒为负载赋存，无法单独使用，铁的反应活性受到了负载基体的限制。
[0004]现有技术中，可用作催化石墨化助剂的纳米材料多为液相还原法，生产速度较差，且存在试剂成本较高，环保性较低等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法、低碳纳米石墨化助剂和应用，本专利技术利用电炉粉尘与生物沥青制备高附加值的石墨化助剂，既能缓解碳素工业对石墨化工艺的技术要求，降低动力成本与时间成本，加速材料石墨化速度与质量，同时生物沥青作为绿碳原料，在应用中可有效降低碳排放，是发展循环经济的有效途径。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法，包括如下步骤：
[0008](1)将生物沥青进行预热，得到预热生物沥青；
[0009](2)将所述预热生物沥青和电炉粉尘以及生物油混合，得到半混生料；
[0010](3)将所述半混生料和气化助剂进行真空搅拌，得到混合生料；
[0011](4)将所述混合生料进行成型，得到料坯；
[0012](5)将所述料坯进行焙烧，得到碳铁混合物；
[0013](6)将所述碳铁混合物破碎后，进行磁选分离，得到低碳纳米石墨化助剂。
[0014]优选地，所述预热生物沥青的温度为80～150℃。
[0015]优选地，所述预热生物沥青、电炉粉尘和生物油的质量比为40～50：40～50：1～5。
[0016]优选地，所述气化助剂包括苯酚、四氢呋喃和苯甲醛中的一种或多种；
[0017]所述气化助剂的质量为半混生料总质量的1～5％。
[0018]优选地，所述成型包括依次进行的压制成型和吹氮定型；所述压制成型在高压对辊压力机中进行；所述高压对辊压力机的对辊间液压压力为20～30MPa。
[0019]优选地，所述焙烧的温度为800～1200℃，保温时间为0.5～1.5h；所述焙烧在保护性气氛中进行。
[0020]优选地，所述磁选分离的磁场强度为150～300A/m。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述方法制备得到的低碳纳米石墨化助剂，碳元素的质量含量为0～3％，铁元素的质量含量为97～100％；所述低碳纳米石墨化助剂的平均粒径为300～1000nm。
[0022]本专利技术提供了上述技术方案所述低碳纳米石墨化助剂在制备石墨化产品中的应用。
[0023]优选地，所述石墨化产品包括石墨电极、预焙阳极或电池负极。
[0024]本专利技术提供了一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法，本专利技术以电炉粉尘和生物沥青为原料，电炉粉尘属于冶金废弃物，具有获取成本低、反应活性高、储量大等特点；生物沥青为绿碳材料，且成本低于化石原料，生产过程中不会产生额外的碳排放，有助于降低企业碳排放指标。本专利技术制备方法的推广不仅可有效降低石墨化助剂的制造成本，还可实现电炉粉尘的高附加值利用。电炉粉尘中主要为纳米级的四氧化三铁和铁酸锌，是制备低碳纳米石墨化助剂的理想材料。生物沥青包含胶质与沥青质，具备良好的混捏特性，可兼备粘结剂和还原剂的功能，与现有中温沥青相比价格更低，生产工艺简单且周期短，适用于当前工业大量生产。
[0025]本专利技术制备的低碳纳米石墨化助剂可用于生产石墨化产品，如石墨电极、预焙阳极、电池负极等，在电极石墨化过程中具有显著的催化石墨化效果，纳米铁颗粒在电极石墨化的焙烧过程中可促进碳链的缩聚，提升石墨六元环层间的结合力，且不会造成石墨结构中的晶涨现象。在石墨化煅烧过程中，部分铁可在还原性气氛中气化逸出，对于高精石墨化产品的终点成分具有较高的兼容性。气化助剂的使用提升了还原过程中沥青基体的自由基含量，加剧含氧流体的交联作用，不仅提升液相的反应活性，气化行为还可增强微观搅拌行为。此外，本专利技术制备的低碳纳米石墨化助剂的生产过程碳排放较低，除气化助剂外，碳源皆为绿碳，由生物质热解所得，生产过程基本无正碳排放，符合当前绿色工厂的政策要求。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的工艺流程图；
[0027]图2为焙烧过程的反应机理图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法，包括如下步骤：
[0029](1)将生物沥青进行预热，得到预热生物沥青；
[0030](2)将所述预热生物沥青和电炉粉尘以及生物油混合，得到半混生料；
[0031](3)将所述半混生料和气化助剂进行真空搅拌，得到混合生料；
[0032](4)将所述混合生料进行成型，得到料坯；
[0033](5)将所述料坯进行焙烧，得到碳铁混合物；
[0034](6)将所述碳铁混合物破碎后，进行磁选分离，得到低碳纳米石墨化助剂。
[0035]本专利技术将生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固废掺混生物沥青制备低碳纳米石墨化助剂的方法，包括如下步骤：(1)将生物沥青进行预热，得到预热生物沥青；(2)将所述预热生物沥青和电炉粉尘以及生物油混合，得到半混生料；(3)将所述半混生料和气化助剂进行真空搅拌，得到混合生料；(4)将所述混合生料进行成型，得到料坯；(5)将所述料坯进行焙烧，得到碳铁混合物；(6)将所述碳铁混合物破碎后，进行磁选分离，得到低碳纳米石墨化助剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热生物沥青的温度为80～150℃。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热生物沥青、电炉粉尘和生物油的质量比为40～50：40～50：1～5。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气化助剂包括苯酚、四氢呋喃和苯甲醛中的一种或多种；所述气化助剂的质量为半混生料总质量的1～5％。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴华，张璐，韩冬，赖卿锐，
申请(专利权)人：鹰纳绿炭上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：