申请日2017.04.20
公开(公告)日2017.09.05
IPC分类号H01M4/36
摘要
本发明提供了一种利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，所述方法为：将印染废水过滤后加入电解质硫酸钠，通过金属铁电极在0.5～10V的电压下进行电解，同时絮凝沉降，直至溶液颜色褪去，之后离心，收集固体沉降物，干燥并碾磨成固体粉末;将所得固体粉末与碳黑、聚偏二氟乙烯混合，然后加入N‑甲基吡咯烷酮研磨均匀，得到浆料，将所得浆料涂覆在铜片上，烘干后即得锂离子电池负极材料;本发明将固废铁泥制作成锂电池负极材料方法简单，性能良好，具有一定的市场应用前景，并且体现了废物循环利用，节能减排，绿色环保的理念，符合社会发展的要求。
权利要求书
1.一种利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将印染废水过滤后加入电解质硫酸钠，通过金属铁电极在0.5～10V的电压下进行电解，同时絮凝沉降，直至溶液颜色褪去，之后离心，收集固体沉降物，干燥并碾磨成固体粉末;
所述电解质硫酸钠的添加量以印染废水的体积计为30～70g/L;
(2)将步骤(1)所得固体粉末与碳黑、聚偏二氟乙烯混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮研磨均匀，得到浆料，将所得浆料涂覆在铜片上，烘干后即得锂离子电池负极材料;
所述固体粉末与碳黑、聚偏二氟乙烯的质量比为1：0.75～0.85：0.15～0.25。
2.如权利要求1所述的利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述N-甲基吡咯烷酮的体积用量以固体粉末的质量计为10～20mL/g。
3.如权利要求1所述的利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述浆料在铜片上的涂覆量以浆料的涂覆厚度计为80～100μm。
说明书
利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法
(一)技术领域
本发明涉及电絮凝印染废水所得含铁固废的循环利用方法，具体涉及一种通过利用电絮凝印染废水产生固废含铁污泥制备锂电池负极材料的方法，本发明制备的锂离子负极材料具有电容量大、循环稳定性高等优点，且本发明方法符合节能减排、绿色环保以及循环经济的理念。
(二)背景技术
印染废水，是指以棉、麻产品后加工、化学纤维及其混纺产品染色为主的企业在生产工序中排出的废水。其主要含有靛蓝，因为印染液中使用靛蓝和硫化黑等染料，导致废水中含有大量的悬浮物和胶体物、有机染料、浆料、残碱以及柔软剂和渗透剂等表面活性剂。正因为这些物质的存在，使得印染废水具有色度高、污染物浓度高、碱性大、可生化性差等特点，俨然成为当下社会主要的水体污染源之一。印染工艺所需水量较大，目前印染企业所采用的工艺每吨产品消耗的纯水约为100～200m3，其中80%～90%无法回收利用，变成废水。每生产1t染料，就会有2%的产品随废水流失，而在印染过程中损失的产品量更大，为所用染料的10%左右，严重的污染了环境。
目前处理印染废水的方法主要有物理法、化学法、生物化学法，这些方法都有其各自优缺点和适用范围。絮凝法是指在电流作用下，阳极不断失去电子，在溶液中形成絮状活性高的物质，与印染废水中的染料结合，从而达到去除的目的。电絮凝法具有脱色率高，适应色谱范围较广，占地面积较小，操作管理简便等优点。电絮凝技术很早就在废水处理中得到应用，电絮凝技术广泛的应用于处理纸浆废水、矿业废水、金属加工工业废水等。除此之外，在其他众多领域也广泛使用电絮凝法处理废水。例如：食品废水、油田污水、厨房废水、垃圾渗透液中的有机污染物、含氟废水含有毒重金属废水等。但是，电絮凝法处理废水会产生大量的固体废物，如何处理这些固体废物是当前亟待解决的难题。
本发明的技术方案能有效的利用絮凝法处理废水后的残留的固体废物，解决了废水处理后的固废处理问题，在保护环境方面具有重大意义。
本发明将这类含铁固废循环利用，将之应用在电极的负极材料来制备锂电池，并得到了良好的效果。对于电絮凝法产生的固体废物的处理方面目前报道的比较少，很多固体废物属于“危险废弃物”处理成本很高。
(三)发明内容
本发明提供了一种利用印染废水电絮凝法产生的含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，本发明方法制备的锂离子负极材料具有电容量大、循环稳定性高等优点，且该方法符合节能减排、绿色环保以及循环经济的理念。
本发明的技术方案如下：
一种利用电絮凝印染废水所得含铁固废制备锂离子电池负极材料的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将印染废水过滤(以除去废液中不溶的杂质，悬浮物等)后，再添加电解质硫酸钠，通过金属铁电极在0.5～10V的电压下进行电解，同时絮凝沉降，直至溶液颜色褪去，之后离心，收集固体沉降物，干燥并碾磨成固体粉末;
所述的印染废水来自棉、麻、化学纤维及其混纺产品染色后的废液：棉、麻、化学纤维及其混纺产品染色过程使用的活性染料以靛蓝、甲基蓝、硫化黑、罗丹明B、柠檬黄等有机染料为主，在染色过程中，纺织品在匀染剂(例如：平平加O-15、平平加O-25等)、渗透剂(例如：JFC渗透剂、太古油等)存在的染缸里搅拌加热到80℃，并维持20分钟，加入促染剂(例如：元明粉、食盐等)恒温20～40min提高染色率，降温，剩下排出的染液就是本发明中所述的印染废水。
所述的印染废水的相关指标为：有机染料浓度0.5～3.5mmol/L、pH范围7-10、杂质和悬浮物浓度低于0.01mol/L、胶体物浓度低于0.05mol/L、匀染剂含量0.5%-1.5%、渗透剂比例1-1.5mL/L、促染剂含量0-21%。
所述电解质硫酸钠的添加量以印染废水的体积计为30～70g/L;
(2)将步骤(1)所得固体粉末与碳黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)研磨均匀，得到浆料，将所得浆料涂覆在铜片上，烘干后即得锂离子电池负极材料;
所述固体粉末与碳黑、聚偏二氟乙烯的质量比为1：0.75～0.85：0.15～0.25;
所述N-甲基吡咯烷酮的体积用量以固体粉末的质量计为10～20mL/g;
所述铜片在使用前经丙酮擦洗;
所述浆料在铜片上的涂覆量以浆料的涂覆厚度计为80～100μm。
本发明制得的锂离子电池负极材料可按照本领域常规的方法进行电池组装并进行性能测试，具体例如：
以1mol/LLiPF6的EC：DMC=1：1(v/v)溶液为电解液，聚丙烯微孔膜(Celgard2300)为隔膜，采用CR2032型扣式电池体系将所述锂离子电池负极材料组装成纽扣锂电池，之后经电池测试系统进行充放电实验，采集数据以观察电池的稳定性及充电比容量。
本发明通过对锂电池的充放电实验发现电絮凝沉降所得的含铁固废(铁泥)应用在锂电池负极上具有良好的稳定性，并且根据沉降溶液的差异，所制得的锂电池充电比容量在600～800之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
(1)本发明开创了一种对电絮凝沉降得到的固废铁泥应用的新思路;
(2)本发明中将固废铁泥制作成锂电池负极材料方法简单，性能良好，具有一定的市场应用前景;
(3)本发明体现了废物循环利用，节能减排，绿色环保的理念，符合社会发展的要求。