一種利用黃連素含銅廢液製備納米釩酸銅的方法與流程

2023-11-29 21:57:01 1

本發明涉及環境技術領域領域，具體涉及一種利用黃連素含銅廢液製備納米釩酸銅的方法。

技術背景

鋰電池由於具有電壓高、比能量高、工作溫度範圍寬、比功率大、放電平穩等優點被廣泛應用於手錶、計算機存儲器後備電源、掌上電腦、通信設備、衛星、飛彈、心臟起搏器、安全報警等設備中。

鋰電池的放電容量及性能同其正極材料密切相關，釩酸銅材料由於具有層狀結構，利於鋰離子的嵌入和脫除，並且具有價格低，能量密度高，理論比容量高等優點，人們對不同種類的釩酸銅材料進行了研究，以獲得具有較高容量的鋰/釩酸銅一次電池。含有不同比例的銅、釩、氧的複合氧化物統稱為釩酸銅，根據銅、釩、氧比例的不同，釩酸銅具有多種不同的組成與結構。

近年來，隨著納米材料諸多優勢的發現，其應用也迅速發展。釩酸銅一維納米電極材料由於具有較大的比表面積等優點，提高了質子的擴散性能，增大了活性物質與電極間的接觸，減小電極、電池內阻，顯著提高電極高溫與高倍率放電性能，在鋰一次電池中具有十分良好的應用前景。

納米釩酸銅材料具有獨特的層狀結構，價格低廉，製備容易，尹貽彬等人以釩酸鈉和硝酸銅為原料，醋酸鈉為添加劑，採用水熱與模板法結合的方法較短時間內製備出了六角形鹼式釩酸銅微納米結構，研究了醋酸鈉的加入量、水熱時間對鹼式釩酸銅製備的影響，而對於納米材料，其形貌、製備方法等都與性能密切相關。本發明藉助黃連素含銅廢水中高達30多萬mg/L的有機物作模板，同時利用廢水中的銅離子作為反應原料製備釩酸銅。該方法工藝簡單，處理和利用黃連素含銅廢液的同時，得到低成本的高品質的納米釩酸銅粉體。具有較高的經濟效益、社會和環境效益。

技術實現要素：

本發明公開了一種利用黃連素含銅廢液製備納米釩酸銅的方法。其涉及黃連素含銅廢液的綜合利用和釩酸銅粉體的製備。包括如下步驟：(1)將一定量的黃連素含銅廢水加熱到80-100℃，用孔徑為1.0μm的濾膜過濾去除懸浮物，得到澄清透明黃連素含銅廢水；(2)將一定量的偏釩酸銨溶解於100℃去離子水中，得到澄清透明偏釩酸銨溶液；(3)在超聲波振蕩和攪拌槳激烈攪拌條件下，將步驟二中得到的偏釩酸銨溶液逐滴加入步驟一中得到的黃連素含銅廢液中，滴加完後，繼續超聲振蕩和攪拌30-120min，反應完全，分散均勻，用氨水調pH值為5，繼續超聲振蕩和攪拌30-60min，於60-90℃保溫攪拌蒸發至近幹，於80℃條件下烘乾，得到釩酸銅幹凝膠；(4)將步驟(3)得到的幹凝膠置於馬弗爐中於400-700℃溫度下空氣氛圍煅燒4h，爐內冷卻到室溫，將得到的粉體置於水中加熱煮沸浸洗60-120min，105℃烘乾，得到納米釩酸銅粉體。

本發明工藝簡單，穩定性好，處理和利用黃連素含銅廢液的同時，得到納米釩酸銅粉體，成本低，性能優越，具有很高的經濟和社會效益。

附圖說明

圖1為不同煅燒溫度製備的樣品XRD圖譜。

圖2為樣品在500℃下煅燒得到的釩酸銅的XRD譜。

圖3為樣品在600℃下煅燒得到的釩酸銅的XRD譜。

圖4為樣品在700℃下煅燒得到的釩酸銅的XRD譜。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

樣品分別在400℃、500℃、600℃、650℃、700℃下煅燒4h(升溫速率5℃/min)，得到的釩酸銅的物相XRD分析結果，如圖1所示。

當溫度為400℃時候，樣品中出現部分物相為Cu3V2O8的特徵峰，與標準卡片JCPDS74-1503一致，其晶型為單斜型。當溫度升高到500℃時，樣品中Cu3V2O8物相的特徵峰譜增多，增強。但當溫度繼續升高到600℃，物相由單斜型變為三斜型，與標準卡片JCPDS 49-689一致，但樣品中還存有部分單斜型Cu3V2O8物相的特徵峰譜。當溫度繼續升高到650℃時，樣品中其他物相消失，樣品為單一物相——三斜型Cu3V2O8，且其主峰變得尖銳，說明其結晶程度進一步提高。當溫度升高到700℃時，樣品中又出現單斜型Cu3V2O8。

樣品的形貌，採用SEM分析，結果如圖2、圖3和圖4所示。

實例1：取110mL的黃連素含銅廢水加熱到80℃，用孔徑為1.0μm的濾膜過濾去除懸浮物，得到100mL澄清透明黃連素含銅廢水；將4.265g的偏釩酸銨溶解於50mL80℃去離子水中，得到澄清透明偏釩酸銨溶液；在50KHz超聲波振蕩和1000rpm攪拌下，將偏釩酸銨溶液逐滴加入黃連素含銅廢液中，滴加完後，繼續超聲振蕩和攪拌30min，反應完全，分散均勻，用氨水調節溶液的pH值為5，繼續超聲振蕩和攪拌30min，於60℃保溫攪拌蒸發至近幹，於80℃條件下烘乾，得到釩酸銅幹凝膠；將幹凝膠置於馬弗爐中於400℃溫度下空氣氛圍煅燒4h，爐內冷卻到室溫，將得到的粉體置於水中加熱煮沸浸洗60min，100℃烘乾，得到納米釩酸銅粉體。

實例2：取110mL的黃連素含銅廢水加熱到90℃，用孔徑為1.0μm的濾膜過濾去除懸浮物，得到100mL澄清透明黃連素含銅廢水；將6.234g的偏釩酸銨溶解於50mL90℃去離子水中，得到澄清透明偏釩酸銨溶液；在100KHz超聲波振蕩和2000rpm攪拌下，將偏釩酸銨溶液逐滴加入黃連素含銅廢液中，滴加完後，繼續超聲振蕩和攪拌60min，反應完全，分散均勻，用氨水調節溶液的pH值為5，繼續超聲振蕩和攪拌60min，於70℃保溫攪拌蒸發至近幹，於80℃條件下烘乾，得到釩酸銅幹凝膠；將幹凝膠置於馬弗爐中於500℃溫度下空氣氛圍煅燒4h，爐內冷卻到室溫，將得到的粉體置於水中加熱煮沸浸洗120min，100℃烘乾，得到納米釩酸銅粉體。

實例3：取110mL的黃連素含銅廢水加熱到90℃，用孔徑為1.0μm的濾膜過濾去除懸浮物，得到100mL澄清透明黃連素含銅廢水；將6.234g的偏釩酸銨溶解於50mL100℃去離子水中，得到澄清透明偏釩酸銨溶液；在100KHz超聲波振蕩和2000rpm攪拌下，將偏釩酸銨溶液逐滴加入黃連素含銅廢液中，滴加完後，繼續超聲振蕩和攪拌60min，反應完全，分散均勻，用氨水調節溶液的pH值為5，繼續超聲振蕩和攪拌60min，於80℃保溫攪拌蒸發至近幹，於80℃條件下烘乾，得到釩酸銅幹凝膠；將幹凝膠置於馬弗爐中於600℃溫度下空氣氛圍煅燒4h，爐內冷卻到室溫，將得到的粉體置於水中加熱煮沸浸洗120min，100℃烘 幹，得到納米釩酸銅粉體。

以上對本發明及其實施方式進行了描述，這種描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。總而言之，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明的創造宗旨的情況下，不經創造者的允許設計出與該技術方案相似的結構方案與實施例，均應屬於本發明的保護範圍。