[发明专利]基于废旧锂离子电池正极材料的分子筛基催化剂在微波催化氧化VOCs中的应用

说明书

本发明公开了一种基于废旧锂离子电池正极材料的分子筛基催化剂在微波催化氧化VOCs中的应用。分子筛基催化剂通过下述方法制备得到：首先将热处理后得到的三元正极材料粉末NCM和CuSOsubgt;4/subgt;·5Hsubgt;2/subgt;O在马弗炉中共同焙烧，得到催化剂前驱体；然后将催化剂前驱体在室温条件下水浸，浸出渣采用等体积浸渍法负载于分子筛上，再焙烧活化即得。本发明采用废旧锂离子电池正极材料经Li的选择性提取后的浸出渣为催化剂，制备方法简单，同时催化剂中引入过渡金属元素，如Ni、Co、Mn、Cu等，能显著提高对苯系有机物的催化氧化效率，降低废气处理成本，实现“以废治废”的目的。

技术领域

本发明属于废气治理技术领域，特别涉及一种基于废旧锂离子电池正极材料的分子筛基催化剂在微波催化氧化VOCs中的应用。

背景技术

随着工业的发展，工业源排放的挥发性有机污染物(Volatile OrganicCompounds，VOCs)总量在不断增长。吸收、吸附、光解催化、低温等离子体、冷凝、膜分离、热焚烧、催化氧化、生物过滤等多种技术已被用于控制VOCs。其中，催化氧化已被证明是最可靠和有效的技术之一。与直接热焚烧相比，催化氧化可以在相对较低的温度下实现VOCs的完全降解，而不会释放任何不良的副产物。然而，传统催化氧化工艺采用电加热或天然气加热启动，电加热升温速度较慢，而天然气加热会导致额外的能耗升高。微波辅助下的加热过程具有加热速度快、穿透能力强、能量消耗低、选择性能好等优点，能使反应物料根据其不同属性(透波、反射与吸波)吸收微波能量被加热，通过改变传热方式有效降低反应温度并缩短反应时间。因此，微波催化氧化技术逐渐成为目前研究的热点，其中催化剂的选择对于整个技术至为关键。

目前废旧锂电池应用广泛，面临着大量报废的问题，而其中的正极材料中含有大量的有价金属元素，具有资源化回收价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于废旧锂离子电池正极材料的分子筛基催化剂在微波催化氧化VOCs中的应用。本发明在资源化回收废旧锂离子电池正极材料中锂的同时，制备了一种引入过渡金属元素，如Ni、Co、Mn、Cu等的高效微波催化氧化催化剂，能显著降低有机物氧化反应的反应活化能，提高反应速率，使有机物降解为H₂O和CO₂，降低氧化系统处理有机废气所消耗能量的同时提高降解率。本发明将废旧三元电极材料中Li选择性提取后应用于催化氧化催化剂的制备中，既简化了电池正极材料的回收程序，又降低了催化氧化降解的成本，达到以废治废的目的，可以使催化氧化技术在工业废气治理中发挥更重要的作用，更具优势。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

本发明提供一种基于废旧锂离子电池正极材料的分子筛基催化剂在微波催化氧化VOCs中的应用，分子筛基催化剂通过下述方法制备得到：

首先将热处理后得到的三元正极材料粉末NCM和CuSO₄·5H₂O在马弗炉中共同焙烧，得到催化剂前驱体；然后将催化剂前驱体室温水浸，浸出液为富含Li₂SO₄的溶液，浸出渣采用等体积浸渍法负载于分子筛上，再焙烧活化即得分子筛基催化剂, 分子筛基催化剂中催化剂负载量为2~12wt%。

本发明中，三元正极材料粉末NCM通过CaO和三元正极片在290-320℃的温度下热处理得到。

本发明中，三元正极材料粉末NCM和CuSO₄·5H₂O摩尔比为2：1；焙烧温度为550~600℃，焙烧时间为60~90分钟。

本发明中，催化剂焙烧活化温度在350~400℃，活化时间为60~90min。

本发明中，分子筛选自13X型分子筛， 3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛或ZSM-5分子筛中任一种，分子筛基催化剂中催化剂负载量为7.5~10wt%。