公布日：2024.12.31
申请日：2024.09.05
分类号：H01G11/56(2013.01)I;H01M10/04(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，主要方法步骤是：将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理，将预处理后的污泥中加入硅酸盐水泥和导电材料，混合均匀后，将混合料在氮气保护环境下通过750‑850℃高温煅烧1‑2h，得到电解质材料；所述导电材料为导电木炭粉或厨余堆肥炭化粉。制备的电解质材料可进一步制备固态超级电容器或固态电池。此电容器可做为墙砖、地砖、路面砖，并与可再生能源结合为储能电容器与无线充电装置。本发明既实现了砂石加工系统污泥固体废物的资源化利用，又实现了水泥基复合材料的多功能应用。
权利要求书
1.一种利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理，将预处理后的污泥中加入硅酸盐水泥和导电材料，混合均匀后，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料；所述导电材料为导电木炭粉或厨余堆肥炭化粉。
2.如权利要求1所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理；S2、向预处理后的砂石加工系统污泥中加入酸液，搅拌10-30min，过滤去掉不溶物，得到溶液；S3、在步骤S2得到的溶液中加入硫代硫酸盐，再加入尿素或氢氧化钾使溶液呈碱性以析出沉淀物，过滤，干燥沉淀物；S4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸盐水泥、氢氧化钾和导电材料，混合均匀后，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料。
3.如权利要求2所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，步骤S1中，所述酸液选自盐酸、硝酸、硫酸中的任意一种或两种的混合。
4.如权利要求3所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，所述砂石加工系统污泥与酸液的用量体积比为1：(3-5)。
5.如权利要求2所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，步骤S3中，硅酸盐水泥的加入量为沉淀物质量的5-35％。
6.如权利要求2所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，步骤S3中，氢氧化钾的加入量为沉淀物质量的1-3％。
7.如权利要求2所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，所述导电材料的加入量为沉淀物质量的1.5-5％。
8.如权利要求1所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理；S2、向预处理后的砂石加工系统污泥中加入锂盐、水、硅酸盐水泥和导电材料，混合搅拌10-30min，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料。
9.如权利要求1所述的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，其特征在于，制备的电解质材料、正极与负极组装制成固态电池或电容器。
发明内容
为了实现砂石加工系统污泥无害化处理和资源化利用，本发明提供了一种利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法。
本发明提供的利用砂石加工系统污泥制备固态电解质的方法，主要方法思路是，将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理，将预处理后的污泥中加入硅酸盐水泥和导电材料，混合均匀后，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料。所述导电材料优选为导电木炭粉或厨余堆肥炭化粉。
电解质材料可进一步制备固态超级电容器或固态电池。将电解质材料、正极与负极组装制成固态电池或电容器。此电容器可做为墙砖、地砖、路面砖，并与可再生能源结合为储能电容器与无线充电装置。
所述电解质制备方法具体可以按照以下两种方法来进行。
方法一，步骤如下：
S1、砂石加工系统污泥的预处理：将某水电站砂石加工系统废水处理后产生的污泥自然干燥，干燥至样品达到恒重(污泥的质量变化不超过1％)，然后进行破碎处理。
S2、向砂石加工系统污泥中加入酸液，搅拌10-30min，过滤去掉不溶物，得到溶液。
所述酸液选自盐酸、硝酸、硫酸中的任意一种或两种的混合。
所述砂石加工系统污泥经盐酸溶解，主要是除去不适合固态电解质的部分成分，保留固态电解所需要的活性元素，如锂、钇、铁等电解质的活性成分。当使用盐酸溶解时，还可以增加氯离子，部分形成卤化物电解质材料。
S3、在步骤S2得到的溶液中加入硫代硫酸盐，再加入尿素或氢氧化钾使溶液呈碱性以析出沉淀物，过滤，干燥沉淀物。
该步骤中加入硫代硫酸盐，形成部分硫化物金属盐电解质材料，成为高导电率的硫化物电解质。加入尿素可形成沉淀进一步形成由氮原子桥联配位的各种活性金属元素，提高电导率与储能效率。
S4、在干燥后的沉淀物中加入硅酸盐水泥、氢氧化钾和导电材料，混合均匀后，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料。
该步骤中，加入水泥与砂石加工系统污泥制备成水泥基固态电解质，提高固态电解质的导电率。通过高温煅烧过程可以除去水分并使不同电解质材料相互聚合，增加比表面积与孔隙率，增加导电储能性。
优选的是，步骤S2中，所述砂石加工系统污泥与酸液的用量体积比为1：(3-5)。
进一步优选的是所述酸液为氯化氢质量分数36％～38％的浓盐酸。
优选的是，步骤S4中，硅酸盐水泥的加入量为沉淀物质量的5-35％。氢氧化钾的加入量为沉淀物质量的1-3％。
所述导电材料为导电木炭粉(炭黑)或厨余堆肥炭化粉，导电材料的加入量为沉淀物质量的1.5-5％。厨余堆肥中的腐殖酸与炭黑等可增加电解质的储能与空隙，增加离子迁移转化与汇集。
方法二，步骤如下：
S1、将砂石加工系统污泥进行干燥和破碎预处理。
S2、向预处理后的砂石加工系统污泥中加入锂盐、水、硅酸盐水泥和导电材料，混合搅拌10-30min，将混合料在氮气保护环境下通过750-850℃高温煅烧1-2h，得到电解质材料。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
本发明通过采用砂石加工系统污泥中的有用成分制备固态电解质材料，不仅实现了砂石加工系统污泥固体废物的资源化利用，还实现了水泥基复合材料的多功能应用。
（发明人：田应辉;胡江军;阚思蒙;李怀宝;罗鹏;杨再福）
