【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容去离子，具体涉及一种普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着移动设备、电动汽车和大规模储能系统市场的快速增长，近年来锂的消耗量达到前所未有的高水平。锂电池的核心部件为正极材料，多属于锂离子材料。目前市面上售卖的锂电池的正极材料主要包括钴酸锂材料、磷酸铁锂材料、锰酸锂材料和最新研发的镍钴锰酸锂三元复合材料。研究调查发现，常用电子产品所配备的锂电池使用寿命只有5-20年，而平均寿命仅为8年，新能源电动汽车上所装载的锂电池的使用寿命也仅有3-5年。因此，废旧锂电池的产生与处理已成为全球环境保护和资源回收关注的焦点。从绿色可持续发展角度考虑，锂亟需被回收利用，而世界上仅有不到1％的锂废料被回收利用。废弃锂电池中含5-15％钴和2-7％锂，属于工业垃圾，而其中的锂、镍、钴、铜和锰等金属属于稀缺资源，因此，这条“废物”流是一个潜在的“城市矿山”。另外，盐湖提锂也是一种解决锂资源短缺的有效途径。
2、研究者们常通过沉淀、萃取和离子交换等方式来实现金属分离与回收。常用的沉淀法是向浸出液中加入沉淀剂，使其与金属反应生成沉淀，从而将金属分离出来。传统的锂回收方法存在成本高、易产生二次污染和耗时长等问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了解决现有技术存在的不足，本专利技术旨在提供一种对锂离子具有高选择性的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，并且，本专利技术还提供了该普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料的制备方法和应用。
2、技术方案：本专
3、进一步地，所述多孔碳材料为由生物质衍生的三级多孔碳材料；所述生物质为植物秸秆(如玉米秸秆、高粱秸秆等)、竹子或木材等，优选的，生物质为玉米秸秆。
4、进一步地，所述多孔碳材料基于具有固定框架结构的生物质衍生而得，为三级多孔贯通网络且保持生物质原有的骨架结构，比表面积为1700-2000m2/g。
5、进一步地，所述普鲁士蓝类似物为cuhcf。
6、本专利技术所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料的制备方法包括以下步骤：
7、(1)先将多孔碳材料分散于溶剂中，再加入过渡金属盐继续溶解，得混合溶液；
8、(2)将含亚铁氰化钾或铁氰化钾的溶液滴入混合溶液中，充分搅拌后进行老化反应，反应结束后离心收集沉淀物，洗涤干燥后得普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料。
9、进一步地，所述多孔碳材料与亚铁氰化钾或铁氰化钾的用量比为1g：0.005-0.015mol；所述过渡金属盐与亚铁氰化钾或铁氰化钾的摩尔比为2:1；所述过渡金属盐(过渡金属为cu)以氯化物、硫酸盐、硝酸盐等形式存在。
10、进一步地，所述老化反应的条件为：于室温下反应12-24h。
11、进一步地，所述多孔碳材料的制备方法为：具有固定框架结构的生物质材料经造孔剂活化、煅烧、清洗和干燥后制得多孔碳材料；所述造孔剂活化的参数为：于造孔剂溶液中浸泡12-24h；所述煅烧的参数为：于惰性气氛下，以5-10℃/min的速率升温至700-900℃保温2-4h。
12、进一步地，所述造孔剂为碳酸氢钾、碳酸氢钠或氯化钠，所述造孔剂溶液为饱和溶液；所述清洗包括酸洗和水洗；所述酸洗采用的溶液为稀盐酸，所述干燥处理后还包括酸液浸泡，所述酸液为浓硝酸，酸液浸泡的温度为70-80℃，时间为2-4h，以增强多孔碳材料表面的润湿性能。
13、本专利技术所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料作为电容去离子电极材料在选择性锂回收中的应用。
14、进一步地，所述应用的方法为：以普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料作为cdi单元的负极材料，以氨化的多孔碳材料电极作为cdi单元正极材料，在由cdi单元、电导率仪、蠕动泵、蓄水槽、直流电源配置的cdi装置中对废旧锂电池浸出液进行锂回收。
15、进一步地，上述方法中：利用普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料作为负极材料(赝电容)，选择性回收锂电池浸出液中锂离子；利用正电性的官能团功能化的多孔碳材料作为正极材料(双电层电容)，高效吸附浸出液中的阴离子，正电性官能团的引入可抑制电吸附过程中共生离子的影响，增强碳材料表面润湿性，起到离子交换膜的作用。
16、进一步地，所述废旧锂电池浸出液中锂离子的浓度为200-1000ppm，所述锂回收的参数为：吸附施加电压为1.2-1.8v，解吸方式为短路或施加反向电压为1.2-1.8v。
17、专利技术原理：本专利技术利用电容去离子技术来选择性回收废旧锂电池浸出液中的锂离子。电容去离子(cdi)装置的核心部件为电极材料，因此若要从根本上解决对锂电池浸出液中锂离子的高效分离回收问题，则需设计一种针对锂离子具有特定选择性电吸附的负极材料。许多电池电极材料可与锂离子相互作用，普鲁士蓝类似物(prussian blue analogue,pbas)具有三维微/纳结构且化学组成可调，晶格中存在较大的空隙。另外，普鲁士蓝类似物(尤其是铁氰化铜cuhcf)是一种典型的无机电活性材料，在酸性环境中电活性和稳定性优于碱性或中性条件下，其成本低、制备方法简单且环境友好。普鲁士蓝类似物为面心立方晶格(空间fm3m)结构，氰基作为立方体的各条棱线与顶点处的铁离子相连，其中相同价态的铁离子在各个平面上互为对角，而每间隔一个立方体，锂离子可以被包裹其中，在半填充体中心位置之间移动，普鲁士蓝类似物的晶格尺寸及负电位性质对锂离子表现出高度选择性，所以普鲁士蓝类似物是最具应用潜力的cdi负极材料。为抑制普鲁士蓝类似物颗粒团聚、增强其导电性和充分暴露电吸附位点，促进锂电池浸出液在电极内部传输，以提高对锂离子的选择性回收效率，本专利技术将普鲁士蓝类似物负载于由生物质衍生的三级多孔碳材料上，制备普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料。
18、本专利技术利用电容去离子技术，实现高选择性分离和回收锂电池浸出液中的锂离子，整个回收过程无有毒产物生成，具有广阔的应用前景和较高的商业价值，既可适应生态环境保护需求，又能实现锂电池产业的资源循环综合利用。
19、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：
20、(1)本专利技术制备的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料是以由生物质衍生的三级多孔碳材料为载体，普鲁士蓝类似物的晶格尺寸及负电位性质对锂离子表现出高度选择性，所以普鲁士蓝类似物是最具应用潜力的cdi负极材料；同时作为载体的多孔碳材料能够抑制普鲁士蓝类似物颗粒团聚、增强其导电性和充分暴露电吸附位点，促进锂电池浸出液在电极内部传输，以提高对锂离子的选择性回收效率。
21、(2)本专利技术采用的利用正电性的官能团功能化生物质衍生三级多孔碳材料作为正极材料(双电层电容)，高效吸附浸出液中的阴离子，正电性官能团的引入可抑制电吸附过程中共生离子的影响，增强碳材料表面润湿性，起到离子交换膜的作用。
22、(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，由质量比为1:0.2-1.2的多孔碳材料和普鲁士蓝类似物复合而成。
2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，所述多孔碳材料为由生物质衍生的三级多孔碳材料。
3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，所述普鲁士蓝类似物为CuHCF。
4.一种权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料与亚铁氰化钾或铁氰化钾的用量比为1g：0.005-0.015mol。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述老化反应的条件为：于室温下反应12-24h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料的制备方法为：具有固定框架结构的生物质材料经造孔剂活化、煅烧、清洗和干燥后制得多孔碳材料；所述造孔剂活化的参数为：于造孔剂溶液中浸泡12-24h；所述煅烧的参数为：于惰性气氛下，以5-10℃/min的速率
8.一种权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料作为电容去离子电极材料在选择性锂回收中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：以普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料作为CDI单元的负极材料，以氨化的多孔碳材料电极作为CDI单元的正极材料，在由CDI单元、电导率仪、蠕动泵、蓄水槽、直流电源配置的CDI装置中对废旧锂电池浸出液进行锂回收。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述废旧锂电池浸出液中锂离子的浓度为200-1000ppm，所述锂回收的参数为：吸附施加电压为1.2-1.8V，解吸方式为短路或施加反向电压为1.2-1.8V。
...【技术特征摘要】
1.一种普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，由质量比为1:0.2-1.2的多孔碳材料和普鲁士蓝类似物复合而成。
2.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，所述多孔碳材料为由生物质衍生的三级多孔碳材料。
3.根据权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料，其特征在于，所述普鲁士蓝类似物为cuhcf。
4.一种权利要求1所述的普鲁士蓝类似物-多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料与亚铁氰化钾或铁氰化钾的用量比为1g：0.005-0.015mol。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述老化反应的条件为：于室温下反应12-24h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料的制备方法为：具有固定框架结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵翠娇，张力，黄赛芳，汪淑玉，丁文文，戴伟绩，张宇栋，崔灿，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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