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
本發明公開了一種利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，主要方法步驟是：將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理，將預處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環境下通過750‑850℃高溫煅燒1‑2h，得到電解質材料；所述導電材料為導電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。制備的電解質材料可進一步制備固態超級電容器或固態電池。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結合為儲能電容器與無線充電裝置。本發明既實現了砂石加工系統污泥固體廢物的資源化利用，又實現了水泥基復合材料的多功能應用。
權利要求書
1.一種利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理，將預處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料；所述導電材料為導電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。
2.如權利要求1所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理；S2、向預處理后的砂石加工系統污泥中加入酸液，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、氫氧化鉀和導電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料。
3.如權利要求2所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，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.如權利要求3所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，所述砂石加工系統污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。
5.如權利要求2所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，步驟S3中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質量的5-35％。
6.如權利要求2所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，步驟S3中，氫氧化鉀的加入量為沉淀物質量的1-3％。
7.如權利要求2所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，所述導電材料的加入量為沉淀物質量的1.5-5％。
8.如權利要求1所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理；S2、向預處理后的砂石加工系統污泥中加入鋰鹽、水、硅酸鹽水泥和導電材料，混合攪拌10-30min，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料。
9.如權利要求1所述的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，其特征在于，制備的電解質材料、正極與負極組裝制成固態電池或電容器。
發明內容
為了實現砂石加工系統污泥無害化處理和資源化利用，本發明提供了一種利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法。
本發明提供的利用砂石加工系統污泥制備固態電解質的方法，主要方法思路是，將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理，將預處理后的污泥中加入硅酸鹽水泥和導電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料。所述導電材料優選為導電木炭粉或廚余堆肥炭化粉。
電解質材料可進一步制備固態超級電容器或固態電池。將電解質材料、正極與負極組裝制成固態電池或電容器。此電容器可做為墻磚、地磚、路面磚，并與可再生能源結合為儲能電容器與無線充電裝置。
所述電解質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、砂石加工系統污泥的預處理：將某水電站砂石加工系統廢水處理后產生的污泥自然干燥，干燥至樣品達到恒重(污泥的質量變化不超過1％)，然后進行破碎處理。
S2、向砂石加工系統污泥中加入酸液，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。
所述砂石加工系統污泥經鹽酸溶解，主要是除去不適合固態電解質的部分成分，保留固態電解所需要的活性元素，如鋰、釔、鐵等電解質的活性成分。當使用鹽酸溶解時，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材料，成為高導電率的硫化物電解質。加入尿素可形成沉淀進一步形成由氮原子橋聯配位的各種活性金屬元素，提高電導率與儲能效率。
S4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸鹽水泥、氫氧化鉀和導電材料，混合均勻后，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料。
該步驟中，加入水泥與砂石加工系統污泥制備成水泥基固態電解質，提高固態電解質的導電率。通過高溫煅燒過程可以除去水分并使不同電解質材料相互聚合，增加比表面積與孔隙率，增加導電儲能性。
優選的是，步驟S2中，所述砂石加工系統污泥與酸液的用量體積比為1：(3-5)。
進一步優選的是所述酸液為氯化氫質量分數36％～38％的濃鹽酸。
優選的是，步驟S4中，硅酸鹽水泥的加入量為沉淀物質量的5-35％。氫氧化鉀的加入量為沉淀物質量的1-3％。
所述導電材料為導電木炭粉(炭黑)或廚余堆肥炭化粉，導電材料的加入量為沉淀物質量的1.5-5％。廚余堆肥中的腐殖酸與炭黑等可增加電解質的儲能與空隙，增加離子遷移轉化與匯集。
方法二，步驟如下：
S1、將砂石加工系統污泥進行干燥和破碎預處理。
S2、向預處理后的砂石加工系統污泥中加入鋰鹽、水、硅酸鹽水泥和導電材料，混合攪拌10-30min，將混合料在氮氣保護環境下通過750-850℃高溫煅燒1-2h，得到電解質材料。
與現有技術相比，本發明的有益之處在于：
本發明通過采用砂石加工系統污泥中的有用成分制備固態電解質材料，不僅實現了砂石加工系統污泥固體廢物的資源化利用，還實現了水泥基復合材料的多功能應用。
（發明人：田應輝;胡江軍;闞思蒙;李懷寶;羅鵬;楊再福）
