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本發(fā)明屬于電池級碳材料制備，具體涉及一種電池級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、超級電容碳等碳材料市場需求集中爆發(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)純化處理無法達(dá)到電池級純度要求。因此，這類碳材料的純化是一個影響廣泛的技術(shù)問題。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。也可直接采用氫氟酸洗滌，但氫氟酸操作危險性極高，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)備裝爐量大時溫度均勻性差，且能耗極高(每噸產(chǎn)品耗電超1.5萬度)。
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)前電池級碳材料的純化依賴強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高毒性介質(zhì)，部分工藝能耗問題也十分嚴(yán)重；此外，大量廢水、廢氣極難處理，既不綠色也不經(jīng)濟(jì)。亟需開發(fā)一種不依賴危險化學(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)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電池級碳材料及其綠色純化方法，本發(fā)明在電池級碳材料純化時條件相對溫和、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、一種電池級碳材料的綠色純化方法，包括如下過程：
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，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，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，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，攪拌速度為200-400rpm，處理時間為1-3小時。
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，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，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，攪拌速度為200-400rpm，處理時間為1-3小時。
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調(diào)節(jié)ph至2-3。
15、本發(fā)明還提供了通過如上所述綠色純化方法得到的電池級碳材料。
16、本發(fā)明具有如下有益效果：
17、本發(fā)明電池級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。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離子；金屬陽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；同時回收洗滌劑和灰分中的有價值物質(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，有望對傳統(tǒng)酸堿洗滌工藝實(shí)現(xiàn)全面替代。
1.一種電池級碳材料的綠色純化方法，其特征在于，包括如下過程：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級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，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，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，攪拌速度為200-400rpm，處理時間為1-3小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電池級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，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，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，攪拌速度為200-400rpm，處理時間為1-3小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的一種電池級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碳材料。