本發(fā)明屬于電池級(jí)碳材料制備，具體涉及一種電池級(jí)碳材料及其綠色純化方法。
背景技術(shù)：
1、由于可再生能源大量并網(wǎng)發(fā)電，電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的需求日益高漲。作為電池的重要組成部分，包括導(dǎo)電炭黑、人造石墨、超級(jí)電容碳等碳材料市場(chǎng)需求集中爆發(fā)。然而，多數(shù)碳材料由于其前驅(qū)體(生物質(zhì)、礦物質(zhì))自帶一定灰分，若不經(jīng)純化處理無(wú)法達(dá)到電池級(jí)純度要求。因此，這類(lèi)碳材料的純化是一個(gè)影響廣泛的技術(shù)問(wèn)題。目前，碳材料的主要純化方法有：
2、1.酸堿洗滌法
3、目前主流方法。通過(guò)強(qiáng)堿(如naoh)去除硅酸鹽等酸性雜質(zhì)，再以強(qiáng)酸(如hcl、hno3)溶解金屬氧化物雜質(zhì)，可將人造石墨純度提升至99.5％。但需配套廢水處理設(shè)施，且酸霧排放存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。也可直接采用氫氟酸洗滌，但氫氟酸操作危險(xiǎn)性極高，劇毒，廢液極難處理。
4、2.高溫焙燒法
5、在2700-3000℃下使雜質(zhì)氣化，適用于高純度(≥99.5％)材料的精煉。但艾奇遜爐等設(shè)備裝爐量大時(shí)溫度均勻性差，且能耗極高(每噸產(chǎn)品耗電超1.5萬(wàn)度)。
6、3.鹵素氣體輔助提純
7、在1000℃高溫下與鹵素氣體(如cl2、cf4)反應(yīng)，氧化金屬雜質(zhì)，純度可達(dá)99.5％以上。但鹵素氣體毒性強(qiáng)，需嚴(yán)格密封和尾氣處理系統(tǒng)；且高溫反應(yīng)成本很高。
8、綜上所述，當(dāng)前電池級(jí)碳材料的純化依賴(lài)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高毒性介質(zhì)，部分工藝能耗問(wèn)題也十分嚴(yán)重；此外，大量廢水、廢氣極難處理，既不綠色也不經(jīng)濟(jì)。亟需開(kāi)發(fā)一種不依賴(lài)危險(xiǎn)化學(xué)品、可循環(huán)的綠色純化方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電池級(jí)碳材料及其綠色純化方法，本發(fā)明在電池級(jí)碳材料純化時(shí)條件相對(duì)溫和、環(huán)保。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，包括如下過(guò)程：
4、將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理，之后進(jìn)行洗滌、分離，得到預(yù)脫灰處理碳材料；其中，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)分級(jí)，檸檬酸脫灰劑中含有：5％～15％的檸檬酸，0.1％～0.5％的鼠李糖脂，余量為水；
5、將所述預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理，之后進(jìn)行洗滌、分離、干燥，得到電池級(jí)碳材料；其中，離子液體采用1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽。
6、優(yōu)選的，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，待純化碳材料與檸檬酸脫灰劑的用量比為25-50mg/ml。
7、優(yōu)選的，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，將待純化碳材料與檸檬酸脫灰劑進(jìn)行混合、攪拌，于60-90℃下進(jìn)行脫灰處理。
8、優(yōu)選的，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，攪拌速度為200-400rpm，處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
9、優(yōu)選的，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，預(yù)脫灰處理碳材料與離子液體的用量比為25-50mg/ml。
10、優(yōu)選的，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，將預(yù)脫灰處理碳材料與離子液體進(jìn)行混合、攪拌，于60-90℃下進(jìn)行脫灰處理。
11、優(yōu)選的，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，攪拌速度為200-400rpm，處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
12、優(yōu)選的，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理、洗滌、分離后，得到一次廢液，將一次廢液進(jìn)行加堿處理，生成氫氧化物沉淀，之后進(jìn)行過(guò)濾，得到二次廢液和氫氧化物沉淀，將所得氫氧化物沉淀進(jìn)行煅燒，得到金屬氧化物；將二次廢液進(jìn)行電滲析處理，得到分子量>200da的檸檬酸-金屬絡(luò)合物和再生檸檬酸，將所述再生檸檬酸濃縮至檸檬酸脫灰劑所需濃度；
13、將所述預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理、洗滌、分離后，得到三次廢液；將三次廢液加酸處理并分離，得到硅膠和四次廢液；將四次廢液進(jìn)行電滲析處理，分離出離子液體脫灰劑。
14、優(yōu)選的，所述堿采用0.1-0.5mol/l的氫氧化鈉水溶液，所述酸采用0.1-0.5mol/l的鹽酸，將三次廢液加酸處理時(shí)調(diào)節(jié)ph至2-3。
15、本發(fā)明還提供了通過(guò)如上所述綠色純化方法得到的電池級(jí)碳材料。
16、本發(fā)明具有如下有益效果：
17、本發(fā)明電池級(jí)碳材料的綠色純化方法采用生物酸和離子液體作為脫灰洗滌劑，其中，檸檬酸作為一種生物基弱酸，在脫除灰分(尤其是金屬氧化物)中具有高效、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)。原理：檸檬酸可釋放氫離子，直接溶解金屬氧化物生成金屬陽(yáng)離子；金屬陽(yáng)離子又與檸檬酸根形成穩(wěn)定絡(luò)合物，實(shí)現(xiàn)金屬氧化物的脫除。采用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫([bmim][hso4])，可溶解硅酸鹽。因而，本發(fā)明能夠最大限度的對(duì)待純化碳材料中的金屬氧化物灰分以及非金屬氧化物灰分進(jìn)行脫除，脫灰效果好。并且本發(fā)明采用生物酸檸檬酸、離子液體作為脫灰洗滌劑，避免了常規(guī)強(qiáng)酸強(qiáng)堿的使用，可有效降低設(shè)備的制造成本和環(huán)境保護(hù)成本；同時(shí)回收洗滌劑和灰分中的有價(jià)值物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了灰分再利用、洗滌劑再生。符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)的要求，有望對(duì)傳統(tǒng)酸堿洗滌工藝實(shí)現(xiàn)全面替代。
1.一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，包括如下過(guò)程：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，待純化碳材料與檸檬酸脫灰劑的用量比為25-50mg/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，將待純化碳材料與檸檬酸脫灰劑進(jìn)行混合、攪拌，于60-90℃下進(jìn)行脫灰處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，攪拌速度為200-400rpm，處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，預(yù)脫灰處理碳材料與離子液體的用量比為25-50mg/ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，將預(yù)脫灰處理碳材料與離子液體進(jìn)行混合、攪拌，于60-90℃下進(jìn)行脫灰處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將預(yù)脫灰處理碳材料用離子液體脫灰劑進(jìn)行脫灰處理時(shí)，攪拌速度為200-400rpm，處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，將待純化碳材料用檸檬酸脫灰劑進(jìn)行脫灰處理、洗滌、分離后，得到一次廢液，將一次廢液進(jìn)行加堿處理，生成氫氧化物沉淀，之后進(jìn)行過(guò)濾，得到二次廢液和氫氧化物沉淀，將所得氫氧化物沉淀進(jìn)行煅燒，得到金屬氧化物；將二次廢液進(jìn)行電滲析處理，得到分子量>200da的檸檬酸-金屬絡(luò)合物和再生檸檬酸，將所述再生檸檬酸濃縮至檸檬酸脫灰劑所需濃度；
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種電池級(jí)碳材料的綠色純化方法，其特征在于，所述堿采用0.1-0.5mol/l的氫氧化鈉水溶液，所述酸采用0.1-0.5mol/l的鹽酸，將三次廢液加酸處理時(shí)調(diào)節(jié)ph至2-3。
10.權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述綠色純化方法得到的電池級(jí)碳材料。