公布日：2024.12.31
申請日：2024.09.05
分類號：H01G11/56(2013.01)I;H01M10/04(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，主要方法步驟是：將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750‑850℃高溫煅燒1‑2h，得到電解質(zhì)材料；所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。制備的電解質(zhì)材料可進一步制備固態(tài)超級電容器或固態(tài)電池。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結(jié)合為儲能電容器與無線充電裝置。本發(fā)明既實現(xiàn)了砂石加工系統(tǒng)污泥固體廢物的資源化利用，又實現(xiàn)了水泥基復(fù)合材料的多功能應(yīng)用。
權(quán)利要求書
1.一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料；所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。
2.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理；S2、向預(yù)處理后的砂石加工系統(tǒng)污泥中加入酸液，攪拌10-30min，過濾去掉不溶物，得到溶液；S3、在步驟S2得到的溶液中加入硫代硫酸鹽，再加入尿素或氫氧化鉀使溶液呈堿性以析出沉淀物，過濾，干燥沉淀物；S4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸鹽水泥、氫氧化鉀和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。
3.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟S1中，所述酸液選自鹽酸、硝酸、硫酸中的任意一種或兩種的混合。
4.如權(quán)利要求3所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，所述砂石加工系統(tǒng)污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。
5.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟S3中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質(zhì)量的5-35％。
6.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，步驟S3中，氫氧化鉀的加入量為沉淀物質(zhì)量的1-3％。
7.如權(quán)利要求2所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料的加入量為沉淀物質(zhì)量的1.5-5％。
8.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理；S2、向預(yù)處理后的砂石加工系統(tǒng)污泥中加入鋰鹽、水、硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合攪拌10-30min，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。
9.如權(quán)利要求1所述的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，其特征在于，制備的電解質(zhì)材料、正極與負極組裝制成固態(tài)電池或電容器。
發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)砂石加工系統(tǒng)污泥無害化處理和資源化利用，本發(fā)明提供了一種利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法。
本發(fā)明提供的利用砂石加工系統(tǒng)污泥制備固態(tài)電解質(zhì)的方法，主要方法思路是，將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理，將預(yù)處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。所述導(dǎo)電材料優(yōu)選為導(dǎo)電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。
電解質(zhì)材料可進一步制備固態(tài)超級電容器或固態(tài)電池。將電解質(zhì)材料、正極與負極組裝制成固態(tài)電池或電容器。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結(jié)合為儲能電容器與無線充電裝置。
所述電解質(zhì)制備方法具體可以按照以下兩種方法來進行。
方法一，步驟如下：
S1、砂石加工系統(tǒng)污泥的預(yù)處理：將某水電站砂石加工系統(tǒng)廢水處理后產(chǎn)生的污泥自然干燥，干燥至樣品達到恒重(污泥的質(zhì)量變化不超過1％)，然后進行破碎處理。
S2、向砂石加工系統(tǒng)污泥中加入酸液，攪拌10-30min，過濾去掉不溶物，得到溶液。
所述酸液選自鹽酸、硝酸、硫酸中的任意一種或兩種的混合。
所述砂石加工系統(tǒng)污泥經(jīng)鹽酸溶解，主要是除去不適合固態(tài)電解質(zhì)的部分成分，保留固態(tài)電解所需要的活性元素，如鋰、釔、鐵等電解質(zhì)的活性成分。當(dāng)使用鹽酸溶解時，還可以增加氯離子，部分形成鹵化物電解質(zhì)材料。
S3、在步驟S2得到的溶液中加入硫代硫酸鹽，再加入尿素或氫氧化鉀使溶液呈堿性以析出沉淀物，過濾，干燥沉淀物。
該步驟中加入硫代硫酸鹽，形成部分硫化物金屬鹽電解質(zhì)材料，成為高導(dǎo)電率的硫化物電解質(zhì)。加入尿素可形成沉淀進一步形成由氮原子橋聯(lián)配位的各種活性金屬元素，提高電導(dǎo)率與儲能效率。
S4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸鹽水泥、氫氧化鉀和導(dǎo)電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。
該步驟中，加入水泥與砂石加工系統(tǒng)污泥制備成水泥基固態(tài)電解質(zhì)，提高固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率。通過高溫煅燒過程可以除去水分并使不同電解質(zhì)材料相互聚合，增加比表面積與孔隙率，增加導(dǎo)電儲能性。
優(yōu)選的是，步驟S2中，所述砂石加工系統(tǒng)污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。
進一步優(yōu)選的是所述酸液為氯化氫質(zhì)量分數(shù)36％～38％的濃鹽酸。
優(yōu)選的是，步驟S4中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質(zhì)量的5-35％。氫氧化鉀的加入量為沉淀物質(zhì)量的1-3％。
所述導(dǎo)電材料為導(dǎo)電木炭粉(炭黑)或廚余堆肥炭化粉，導(dǎo)電材料的加入量為沉淀物質(zhì)量的1.5-5％。廚余堆肥中的腐殖酸與炭黑等可增加電解質(zhì)的儲能與空隙，增加離子遷移轉(zhuǎn)化與匯集。
方法二，步驟如下：
S1、將砂石加工系統(tǒng)污泥進行干燥和破碎預(yù)處理。
S2、向預(yù)處理后的砂石加工系統(tǒng)污泥中加入鋰鹽、水、硅酸鹽水泥和導(dǎo)電材料，混合攪拌10-30min，將混合料在氮氣保護環(huán)境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質(zhì)材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：
本發(fā)明通過采用砂石加工系統(tǒng)污泥中的有用成分制備固態(tài)電解質(zhì)材料，不僅實現(xiàn)了砂石加工系統(tǒng)污泥固體廢物的資源化利用，還實現(xiàn)了水泥基復(fù)合材料的多功能應(yīng)用。
（發(fā)明人：田應(yīng)輝;胡江軍;闞思蒙;李懷寶;羅鵬;楊再福）
