一种纳米除氟剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于溶液处理技术领域，提供了一种纳米除氟剂及其制备方法和应用，解决了硫酸锰溶液中氟离子去除的问题。本发明专利技术将碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水混合后进行反应，得到改性碳纳米管；将硝酸铝溶液、氯化铁溶液和氢氧化钠溶液混合后进行老化，得到铁铝复合材料；将改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N

【技术实现步骤摘要】
一种纳米除氟剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及溶液处理
，尤其涉及一种纳米除氟剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新能源电池是未来发展的重要方向，但是研究过程中发现，电池使用过程中对于电极材料的要求很高。三元正极材料生产过程中原料带入的钙、镁、重金属等杂质对锂离子电池的高温形貌及循环性能有重要影响。因此，动力电池的发展对硫酸锰中杂质含量的要求相当苛刻，尤其是对锂离子电池影响较大的钙、镁等杂质的含量必须控制在35ppm以下。硫酸锰溶液的净化主要包括铁离子、重金属离子、钼离子和钾、钠、钙、镁离子的去除，其中去除最为困难的是钙离子和镁离子，在行业中针对钙镁离子的去除主要是采用氟化物法，它是利用氟化锰、氟化镁、氟化钙的溶解度不同来实现分离，其中氟化锰不带入其他阳离子杂质，且除钙镁效果较好，是较理想的氟化剂。但氟化剂的过量系数一般比较大，在溶液中残留的氟含量较高，使得产品应用领域大大缩小，氟的带入对整个系统的腐蚀破坏极大，因此在最后的环节中，氟的去除成为了降低硫酸锰溶液杂质的关键步骤。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种纳米除氟剂及其制备方法和应用。
[0004]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：
[0005]本专利技术提供了一种纳米除氟剂的制备方法，包含下列步骤：
[0006](1)将碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水混合后进行反应，得到改性碳纳米管；
[0007](2)将硝酸铝溶液、氯化铁溶液和氢氧化钠溶液混合后进行老化，得到铁铝复合材料；
[0008](3)将改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N
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二甲基甲酰胺混合，得到中间溶液；
[0009](4)将中间溶液、聚丙烯腈和N,N
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二甲基甲酰胺混合后顺次进行纺丝和煅烧，即得所述纳米除氟剂。
[0010]作为优选，步骤(1)中所述碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水的质量体积比为1～5g：30～40g：150～200mL：150～200mL；
[0011]所述过氧化氢溶液的质量分数为10～15％。
[0012]作为优选，步骤(1)中所述混合的超声频率为25～30kHz，时间为20～30min；
[0013]所述反应的温度为20～30℃，时间为20～30h。
[0014]作为优选，步骤(2)中所述硝酸铝溶液的浓度为0.4～0.5mol/L，所述氯化铁溶液的浓度为0.4～0.5mol/L，所述氢氧化钠溶液的浓度为3～4mol/L；
[0015]所述硝酸铝溶液和氯化铁溶液的体积比为1～2：1～2；
[0016]所述混合的溶液的pH值为7.5～8。
[0017]作为优选，步骤(2)中所述老化的温度为20～30℃，时间为10～20h。
[0018]作为优选，步骤(3)中所述改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N
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二甲基甲酰胺的质量体积比为1～2g：1～2g：20～30mL。
[0019]作为优选，步骤(4)中所述中间溶液、聚丙烯腈和N,N
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二甲基甲酰胺的质量体积比为3～4mL：1～1.5g：10～15mL。
[0020]作为优选，步骤(4)所述纺丝的电压为12～16kV，推注速度为0.1～0.15mm/min，接收距离为10～12cm；
[0021]所述煅烧的中间温度为120～130℃，所述中间温度的保温时间为1～2h；
[0022]所述煅烧的目标温度为150～160℃，从中间温度升至目标温度的升温速率为1～2℃/min；所述目标温度的保温时间为30～60min。
[0023]本专利技术还提供了所述制备方法得到纳米除氟剂。
[0024]本专利技术还提供了所述纳米除氟剂在硫酸锰溶液除氟中的应用。
[0025]本专利技术提供了一种纳米除氟剂的制备方法，包含下列步骤：将碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水混合后进行反应，得到改性碳纳米管；将硝酸铝溶液、氯化铁溶液和氢氧化钠溶液混合后进行老化，得到铁铝复合材料；将改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N
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二甲基甲酰胺混合，得到中间溶液；将中间溶液、聚丙烯腈和N,N
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二甲基甲酰胺混合后顺次进行纺丝和煅烧，即得所述纳米除氟剂。在本专利技术中，将碳纳米管在硫酸亚铁的作用下接枝更多数量的羟基，得到改性碳纳米管；将硝酸铝和氯化铁进行改性，得到铁铝复合材料；改性碳纳米管表面的羟基、铁铝复合材料表面的羟基与水中的氟离子产生交换，从而将氟离子与吸附材料结合，便于后续的去除。本专利技术将吸附材料通过静电纺丝的形式进行结合，然后进行煅烧得到纳米除氟剂；经过纺丝和煅烧后，纳米除氟剂具有大量的介孔结构，比表面积得到极大的增加，对于水中的氟离子的吸附性进一步增强。本专利技术提供的纳米除氟剂，通过特定吸附材料的选择以及制备方法对性能的提升，能有效的吸附硫酸锰溶液中的氟离子，从而实现对氟的去除。本专利技术提供的方法简单高效，适合大规模的制备，便于运输和使用。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种纳米除氟剂的制备方法，包含下列步骤：
[0027](1)将碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水混合后进行反应，得到改性碳纳米管；
[0028](2)将硝酸铝溶液、氯化铁溶液和氢氧化钠溶液混合后进行老化，得到铁铝复合材料；
[0029](3)将改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N
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二甲基甲酰胺混合，得到中间溶液；
[0030](4)将中间溶液、聚丙烯腈和N,N
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二甲基甲酰胺混合后顺次进行纺丝和煅烧，即得所述纳米除氟剂。
[0031]在本专利技术中，步骤(1)中所述碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水的质量体积比优选为1～5g：30～40g：150～200mL：150～200mL，进一步优选为2～4g：32～38g：160～190mL：160～190mL；更优选为2.5～3.5g：34～36g：170～180mL：170～180mL。
[0032]在本专利技术中，所述过氧化氢溶液的质量分数优选为10～15％，进一步优选为11～
14％，更优选为12～13％。
[0033]在本专利技术中，混合的方式如下：将硫酸亚铁和水混合后加入碳纳米管，然后滴加过氧化氢溶液，滴加完毕后进行超声。
[0034]在本专利技术中，步骤(1)中所述混合的超声频率优选为25～30kHz，进一步优选为26～29kHz，更优选为27～28kHz；时间优选为20～30min，进一步优选为22～28min，更优选为24～26min。
[0035]在本专利技术中，所述反应的温度优选为20～30℃，进一步优选为22～28℃，更优选为24～26℃；时间优选为20～30h，进一步优选为22～28h，更优选为24～26h；搅拌速度优选为100～150rpm，进一步优选为110～140rpm，更优选为120～1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米除氟剂的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：(1)将碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水混合后进行反应，得到改性碳纳米管；(2)将硝酸铝溶液、氯化铁溶液和氢氧化钠溶液混合后进行老化，得到铁铝复合材料；(3)将改性碳纳米管、铁铝复合材料和N,N
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二甲基甲酰胺混合，得到中间溶液；(4)将中间溶液、聚丙烯腈和N,N
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二甲基甲酰胺混合后顺次进行纺丝和煅烧，即得所述纳米除氟剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述碳纳米管、硫酸亚铁、过氧化氢溶液和水的质量体积比为1～5g：30～40g：150～200mL：150～200mL；所述过氧化氢溶液的质量分数为10～15％。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述混合的超声频率为25～30kHz，时间为20～30min；所述反应的温度为20～30℃，时间为20～30h。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述硝酸铝溶液的浓度为0.4～0.5mol/L，所述氯化铁溶液的浓度为0.4～0.5mol/L，所述氢氧化钠溶液的浓度为3～4mol/L；所述硝酸铝溶液和氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海峰，王家伟，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：