【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废物处理与资源化和环境催化技术的交叉领域，具体涉及一种用于复合型整体式催化剂的制备方法及其在固废处理和大气环境污染治理中的应用。
技术介绍
1、锂离子电池是清洁能源的关键支撑技术之一，全球锂电池出货量呈现井喷式快速增长的趋势。而现役电池在几年后不可避免面临报废，如不妥善处理，废旧电池将造成巨大资源浪费和严重的固体废弃物环境污染。目前，以火法和湿法冶金工艺为主的回收技术都是工艺复杂、高环境污染、低效的和高成本的回收技术。电池材料由于独特的结构特性和电荷传输机制，有利于气体、离子和电子在单/多相界面的高效传输。前期实验也观察到在电池材料界面的路易斯碱性中心可催化产生气态产物，如co2和甲醇，这表明电池材料的独特的结构和界面增强效应在催化氧化反应中可能具有独特优势。
2、为了推进碳达峰和碳中和，实现降碳减污协同增效，这是新发展阶段经济社会发展全面绿色转型的必然选择。自工业革命以来，化石燃料是人类的主要能源来源，但是石油、石化产品、煤炭等在使用或燃烧过程会排放大量的气体污染物，如氮氧化物(nox)、挥发性有机物(vocs)等，是实现“降碳减污”的重要挑战。通过催化去除vocs，包括在脱硝设施内同时催化去除nox和vocs，是大气环境污染治理领域中技术和经济上的合理选择。催化去除的关键是制备出廉价易得高活性、高稳定性的复合型整体式催化剂。
3、鉴于此，本专利技术针对固体废物处理和大气环境污染治理领域存在的问题，提出分类回收和“变废为宝”策略，将废旧锰酸锂锂电池正极材料中高价值的锂和过渡金属分类回收
4、本专利技术为固体废物处理和大气环境污染治理中复合型整体式催化剂的制备提供了新的思路和方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于分类回收废旧锰酸锂锂电池正极材料中高价值的锂制备氧空位-缺陷型锰基-粉末/整体式催化剂，该催化剂可催化去除vocs，也可协同催化去除烟气中的nox和vocs，提供了一种用于固体废物处理和大气环境污染治理领域催化剂的简易制备方法及其应用。本专利技术在选择性回收锂的同时又可制备出成本低廉的复合催化剂，制备的催化剂呈现出催化活性高、高的抗性(抗氮氧化物、抗硫、抗氨、抗水)、宽活性温度范围和高的催化选择性，所制备的催化剂可广泛应用于nox和vocs等大气污染物控制等领域。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、一种用于催化氧化vocs和同步催化去除烟气中的nox和vocs催化剂及其制备方法，将废旧锰酸锂电池拆解后，正极极片通过预处理-分段式剥离工艺得到酸刻蚀缺陷型锰纳米颗粒，再通过选择性回收锂和混合酸刻蚀后得到氧空位-缺陷型锰纳米颗粒，最后加入复合粘结剂负载于堇青石载体上，制备得到用于催化氧化vocs和同步催化去除烟气中的nox和vocs的氧空位-缺陷型锰基-粉末/整体式催化剂。
4、上述方法具体包括以下步骤：
5、(1)弱酸刻蚀-缺陷型锰纳米颗粒前驱体的制备：
6、将对废弃的锰酸锂电池进行去活化、拆卸、破碎和组分分离步骤预处理，分离出正极材料、铜箔、铝箔、碳粉和塑料膜，将正极极片置于混合酸中，恒温超声浸泡，经干燥后置于管式炉中分段煅烧后，研磨过筛得到缺陷型锰纳米颗粒，备用；所述混合酸包括乙酸、草酸和柠檬酸中的一种以上；所述管式炉的气氛为氮气、氩气、高纯氮或具有氧含量5-90vol％的氮气；
7、(2)锂的选择性回收和氧空位-缺陷型锰纳米颗粒的制备：
8、将有机酸与去离子水充分混合，置于旋转蒸发器中恒温充分搅拌使其溶解，加入步骤(1)制备氧空位-缺陷型锰纳米颗粒，在超声后继续恒温强力搅拌，静置后倒出上层液体，再加入去离子水浸渍后倒出上层液体，多次循环回收li，回收li后，下层浆料液经干燥、研磨、分段煅烧后，得到氧空位-缺陷型锰纳米颗粒/粉末催化剂；所述有机酸包括乙酸、草酸和柠檬酸中的一种以上；
9、(3)氧空位-缺陷型锰基-整体式催化剂的制备：
10、将堇青石浸泡在混合酸中2～6h，取出后用蒸馏水洗涤至洗涤液ph为中性，然后在110～180℃温度下干燥4～8h，转移至马弗炉中在350～750℃温度下煅烧3～8h，以去除吸附的各种杂质；将步骤(2)制备得到的复合粉末催化剂经过球磨机球磨后，加入混合酸后置于旋转蒸发器中恒温充分搅拌使其溶解，加入硅溶胶、拟薄水铝石、羟基纤维素中的一种或二种，调整ph，搅拌后形成稳定的浆液，将堇青石块于上述浆液中超声浸渍负载，然后吹扫残余悬浮液，在基体表面形成均匀的薄膜，干燥，重复浸渍过程直到合适负载量；最后在合适的氧含量高纯氮中分段煅烧而得到氧空位-缺陷型锰基-整体式催化剂。
11、进一步地，步骤(1)中，所述混合酸浓度为1～10mol/l，混合酸固液比为10～100g/l，恒温浸泡温度为30～80℃，浸泡时间为3～8h，干燥温度为100～150℃，干燥时间为6～12h。
12、进一步地，步骤(1)中，所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以1～10℃/min的速率从室温升至200～350℃，在200～350℃恒温90～180min，再以氧含量为10-50vol％的高纯氮气为气氛，以10～20℃/min的速率升至400～900℃，恒温6～12h，最后以5～15℃/min速率降至室温。
13、进一步地，步骤(2)中，所述有机酸的浓度为30～500g/l，旋转蒸发器搅拌速率为100～400rpm，温度为30～95℃，超声时间为1～6h，循环回收li的次数为3～6次；所述干燥温度为115～150℃，干燥时间为12～24h；粉末催化剂所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以5～25℃/min的速率从室温升至250～400℃，在250～400℃恒温60～240min，再以氧含量为5-60vol％的高纯氮气为气氛，5～20℃/min的速率升至450～800℃，恒温3～9h，最后以5～20℃/min速率降至室温。
14、进一步地，步骤(3)中，所述混合酸包括盐酸、乙酸、硫酸、草酸和柠檬酸中的一种以上，浆液ph保持在3～9。
15、进一步地，步骤(3)中，所述硅溶胶、拟薄水铝石、羟基纤维素与堇青石的质量比为0.5～5％，超声辅助浸渍时间为10～60min，活性物质的最终负载量为10～50％，干燥温度为120～200℃，重复浸渍次数为2～5次。
16、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以5～15℃/min的速率从室温升至250～400℃，在250～400℃恒温60本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，将废旧锰酸锂电池拆解后，正极极片通过预处理-分段式剥离工艺得到酸刻蚀缺陷型锰纳米颗粒，再通过选择性回收锂和混合酸刻蚀后得到氧空位-缺陷型锰纳米颗粒，最后加入复合粘结剂负载于堇青石载体上，制备得到用于中低温催化氧化VOCs和同步催化去除烟气中的NOx和VOCs的氧空位-缺陷型锰基-粉末/整体式催化剂；所述混合酸为弱酸。
2.根据权利要求1所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下全部或部分步骤：
3.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合酸浓度为1～10mol/L，混合酸固液比为10～100g/L，恒温浸泡温度为30～80℃，浸泡时间为3～8h，干燥温度为100～150℃，干燥时间为6～12h。
4.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以1～10℃/min的速率从室温升至200～350℃，在20
5.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机酸的浓度为30～500g/L，旋转蒸发器搅拌速率为100～400rpm，温度为30～95℃，超声时间为1～6h，循环回收Li的次数为3～6次；所述干燥温度为115～150℃，干燥时间为12～24h；粉末催化剂所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以5～25℃/min的速率从室温升至250～400℃，在250～400℃恒温60～240min，再以氧含量为5-60vol％的高纯氮气为气氛，5～20℃/min的速率升至450～800℃，恒温3～9h，最后以5～20℃/min速率降至室温。
6.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合酸包括盐酸、乙酸、硫酸、草酸和柠檬酸中的一种以上，浆液pH保持在3～9。
7.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硅溶胶、拟薄水铝石、羟基纤维素与堇青石的质量比为0.5～5％，超声辅助浸渍时间为10～60min，活性物质的最终负载量为10～50％，干燥温度为120～200℃，重复浸渍次数为2～5次。
8.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以5～15℃/min的速率从室温升至250～400℃，在250～400℃恒温60～360min，再以氧含量为5-50vol％的高纯氮气为气氛，10～30℃/min的速率升至450～850℃，恒温6～12h，最后降至室温；步骤(3)中，所述球磨使用氧化锆，异丙醇与粉体质量比为0.6～1.5，氧化锆与粉体质量比为3～9。
9.由权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到一种用于催化氧化VOCs和同步催化去除烟气中的NOx和VOCs的氧空位-缺陷型锰基-整体式催化剂，所述催化剂通过回收电池材料的锂，催化剂保持了原有的晶体结构骨架，锂脱出后形成氧空位，一次颗粒变为纳米颗粒，比表面积增加，吸附能力增强，具有高的催化活性，呈现高的抗性和低温活性；所述抗性包括抗氮氧化物、抗硫、抗氨和抗水。
10.权利要求9所述催化剂用于催化氧化VOCs和同步催化去除烟气中的NOx和VOCs的氧空位-缺陷型锰基-整体式催化剂和锂的回收工艺应用于固体废物处理与资源化利用和大气污染控领域。
...【技术特征摘要】
1.一种利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，将废旧锰酸锂电池拆解后，正极极片通过预处理-分段式剥离工艺得到酸刻蚀缺陷型锰纳米颗粒，再通过选择性回收锂和混合酸刻蚀后得到氧空位-缺陷型锰纳米颗粒，最后加入复合粘结剂负载于堇青石载体上，制备得到用于中低温催化氧化vocs和同步催化去除烟气中的nox和vocs的氧空位-缺陷型锰基-粉末/整体式催化剂；所述混合酸为弱酸。
2.根据权利要求1所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下全部或部分步骤：
3.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合酸浓度为1～10mol/l，混合酸固液比为10～100g/l，恒温浸泡温度为30～80℃，浸泡时间为3～8h，干燥温度为100～150℃，干燥时间为6～12h。
4.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以1～10℃/min的速率从室温升至200～350℃，在200～350℃恒温90～180min，再以氧含量为10-50vol％的高纯氮气为气氛，以10～20℃/min的速率升至400～900℃，恒温6～12h，最后以5～15℃/min速率降至室温。
5.根据权利要求2所述利用废旧锰酸锂电池制备整体式催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机酸的浓度为30～500g/l，旋转蒸发器搅拌速率为100～400rpm，温度为30～95℃，超声时间为1～6h，循环回收li的次数为3～6次；所述干燥温度为115～150℃，干燥时间为12～24h；粉末催化剂所述煅烧具体方法为：先以高纯氮气为气氛，以5～25℃/min的速率从室温升至250～400℃，在250～400℃恒温60～240min，再以氧含量为...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。