[发明专利]一种利用废弃烟气低温电化学制备石墨的方法

说明书

本发明公开了一种利用废弃烟气低温电化学制备石墨的方法，制备方法为：以火电厂、水泥厂、化工厂排放的含二氧化碳和二氧化硫的烟气作为原料，在一元碱金属碳酸盐、二元碱金属碳酸盐、三元碱金属碳酸盐以及上述碳酸盐掺杂不同浓度的碱金属硫酸盐熔盐中，惰性电极做阳极，惰性材料做阴极，一定电流密度电解，在相对低温下(675‑825℃)，可电沉积制备得到石墨。本发明不仅资源化利用了废弃烟气，而且在相对低温条件下制备得到石墨，提出了一种新的低温石墨化制备方法。

技术领域

本发明涉及炭材料技术领域，也涉及电化学技术领域，尤其涉及一种利用废弃烟气低温电化学制备石墨的方法。

背景技术

由于石墨优良的导电性及热力学稳定性，其在现代工业社会被广泛应用。目前，石墨的制备工艺可分为两种：第一种，在高压高温条件下（一般温度在3000 ℃左右），通过热解碳氢化合物（如天然气、液化石油气、煤气或苯或甲苯等）制备石墨；第二种，以金属（如Fe、Co、Ni、Mn等）或者金属的化合物为催化剂，通过非石墨化的碳材料与上述金属催化剂反应，温度在1000 ℃左右，非石墨化的碳材料可转化为石墨。第一种方法为目前广泛使用的制备石墨的工业化工艺，但该工艺能耗高，生产设备多并且生产设备需要耐高温高压，投资成本大，生产过程中粉尘和烟气多。第二种石墨化制备工艺虽然制备温度较低，但是使用金属和金属化合物作为催化剂，在得到的石墨材料中会大量残余，这也是该工艺未被工业化采用的原因之一。最近，武汉大学的研究者金先波等（专利号CN 103510103 B）在氯化物熔盐中820 ℃通过电解除去无定形碳中的氧等杂质元素，实现了无定形碳（活性碳、碳纤维、碳黑等）的石墨化。

因此，如何在低温条件下、不使用金属或金属化合物作为催化剂且工艺流程简单制备石墨是一项新的技术挑战。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种利用废弃烟气低温无催化剂电化学制备石墨的方法，该发明不仅制备了石墨，而且资源化利用了废弃烟气（CO₂和SO₂），该方法能耗低、工艺绿色、工艺流程简单。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用废弃烟气低温电化学制备石墨的方法，包含如下步骤：

使用碱金属碳酸盐与碱金属硫酸盐的混合体作为熔盐电解质体系；采用惰性材料为阳极，以金属材料为阴极；在电化学反应装置中将含有CO₂和SO₂的工业烟气通入熔盐电解质中，在温度大于或等于675 ℃的条件下，进行电解，阴极上电沉积得到石墨。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的利用废弃烟气低温电化学制备石墨的方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述碱金属碳酸盐与碱金属硫酸盐的摩尔比为70-99:1-30。

作为上述技术方案的改进，所述含有CO₂和SO₂的工业烟气为火电厂、水泥厂、化工厂排出的工业烟气。

作为上述技术方案的改进，所述的碱金属碳酸盐为一元碱金属碳酸盐、二元碱金属碳酸盐、三元碱金属碳酸盐中的任意一种或者多种的混合；所述的碱金属硫酸盐为一元碱金属硫酸盐、二元碱金属硫酸盐、三元碱金属硫酸盐中的任意一种或者多种的混合

作为上述技术方案的改进，所述的碱金属碳酸盐为Li₂CO₃、Na₂CO₃和K₂CO₃中的任意一种或者多种的混合；所述的碱金属硫酸盐为Li₂SO₄、Na₂SO₄和K₂SO₄中的任意一种或者多种的混合。