低温下利用废铅酸电池阳极材料制备隔热且电磁屏蔽性能好的块体陶瓷气凝胶的方法

1.本发明涉及陶瓷气凝胶制备领域，具体涉及一种低温下利用废铅酸电池阳极材料制备隔热且电磁屏蔽性能好的块体陶瓷气凝胶的方法。


背景技术：

2.随着新能源动力乘用车的快速发展，铅酸电池因其质量可靠、稳定性高、价格适中、维护简单等优势，逐渐成为电动车和混合动力系统汽车的首选电池。然而，淘汰的废铅酸电池的处理已然成为每个城市的难题。大量堆放的废铅酸电池不仅占用了工厂的土地使用面积，而且对周边生态环境造成了严重的污染。此外，密集堆放的废铅酸电池还存在重大安全隐患。
3.目前，废铅酸电池的处置主要是通过火法冶炼和湿法回收金属铅。常见的火法冶炼主要包括德国qsl一步炼铅法，意大利kivcet法，芬兰kaldo炼铅工艺以及国内sks法和isa-ymg炼铅法。火法冶炼回收目前是世界上废铅酸蓄电池回收的主流工艺，相对流程简单，生成成本低。但是过程存在能耗高，废铅渣排放量大，so2和高温铅烟尘高污染等问题。湿法回收是利用化学方法对铅膏进行湿法处理得到精铅或氧化铅，如直接电沉积法、浸出回收-电解沉积等，具有更明确的目的性和更高的可控制性，克服了火法能耗高、高铅挥发损失、高污染等缺陷。虽然湿法回收效率和产物收率较高，但缺点在于工艺原料消耗多，工艺成本高，在转化过程中，产物氧化铅中杂质含量较高。而且，电解液的污染也较为严重。综合所述，开发新的废铅酸电池回收处置工艺具有重要的现实意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种低温下利用废铅酸电池阳极材料制备隔热且电磁屏蔽性能好的块体陶瓷气凝胶的方法。该方法具有操作步骤简单、反应条件温和、重复性好、污染小、能够有效的将废铅酸电池重新制备成高值化产品再次利用等诸多优点，适应于工业化生产。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.低温下利用废铅酸电池阳极材料制备隔热且电磁屏蔽性能好的块体陶瓷气凝胶的方法，包括如下步骤：
7.步骤一、制备废铅酸电池阳极材料和氯化铝混合溶液；
8.进一步的，氯化铝的质量浓度≥20g/l；
9.步骤二、向上述步骤制备好的废铅酸电池阳极材料和氯化铝混合溶液中加入乙酸锆和异丙醇铝水溶液进行反应；
10.进一步的，乙酸锆的用量为步骤一废铅酸电池阳极材料质量的1％-30％，异丙醇铝的用量为步骤一废铅酸电池阳极材料质量的1％-15％；
11.进一步的，加入乙酸锆和异丙醇铝后的反应温度控制在30-100℃，反应时间控制
在0.1-5h；
12.步骤三、向步骤二反应后的溶液中加入磷酸二氢铝溶液进行反应，反应温度为50-150℃，反应时间为4-8h；
13.进一步的，乙酸锆中zr:10％-20％,异丙醇铝溶液质量浓度为50g/l-80g/l，步骤三体系中磷酸二氢铝质量含量为20％-70％(磷酸二氢铝质量含量＝m
磷酸二氢铝
/(m
氯化铝
+m水+m
乙酸
+m
废铅酸电池阳极材料
+m
乙酸锆
+m
异丙醇铝
+m
磷酸二氢铝
))。
14.步骤四、将上述步骤制备的溶液进行冷冻干燥，再在400℃-1500℃条件下煅烧，可得到隔热且电磁屏蔽性能好的块体陶瓷气凝胶。
15.进一步的，冷冻干燥时间为2-10d，煅烧时间为2h-15h。
16.本发明的有益效果是：
17.本发明方法是在制备块体陶瓷气凝胶的过程中，通过加入废铅酸电池阳极材料实现块体陶瓷气凝胶优异的电磁屏蔽性能。与此同时，磷酸二氢铝作为交联剂，引入后克服了块体气凝胶经高温煅烧处理后固有结构坍塌的问题。同时，通过在块体气凝胶中构建聚磷酸交联结构，使材料具有良好的隔热性能。该方法具有操作步骤简单、原料价格低廉、反应条件温和、实现了固废高值化转化等优点；制备的块体陶瓷气凝胶具有隔热和电磁屏蔽性能优异等特点。因此，本发明提供的利用废铅酸电池阳极材料制备具有良好隔热和电磁屏蔽性能的陶瓷气凝胶的制备工艺具有工业化生产和实际推广应用的重要潜力。
附图说明：
18.图1为本发明制备的块体陶瓷气凝胶的工艺流程图。
19.图2为本发明的实施例制备的块体陶瓷气凝胶的效果图。
20.图3为本发明的实施例制备的块体陶瓷气凝胶隔热性能效果图。
21.图4为本发明的实施例制备的块体陶瓷气凝胶电磁屏蔽性能测试结果图。
具体实施方式
22.下面结合实施例，对本发明作进一步描述，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
23.实施例1
24.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入1.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将4.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将28.35g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至98℃保持8h,整个反应过程需持续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥5d后，置于马弗炉中850℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
25.实施例2(与实施例1相比阳极废铅酸电池阳极材料用量不同)
26.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入2.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将4.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将28.35g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至98℃保持8h,整个反应过程需持
续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥7d后，置于马弗炉中850℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
27.实施例3(与实施例1相比，废铅酸电池阳极材料和异丙醇铝用量不同)
28.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入3.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将4.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将28.35g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至98℃保持8h,整个反应过程需持续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥6d后，置于马弗炉中850℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
29.实施例4(与实施例1相比，磷酸二氢铝用量不同)
30.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入2.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将4.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将15.5g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至98℃保持8h,整个反应过程需持续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥7d后，置于马弗炉中1200℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
31.实施例5(与实施例2相比，反应温度不同)
32.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入2.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将4.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将28.35g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至85℃保持8h,整个反应过程需持续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥5d后，置于马弗炉中850℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
33.实施例6(与实施例1相比，废铅酸电池阳极材料用量、溶液中反应温度、冷冻干燥时间及马弗炉煅烧温度不同)
34.取2.0g alcl3·
6h2o加入盛有乙醇和蒸馏水各30ml的烧杯中，加入2ml 1wt％hcl搅拌均匀，密封后将烧杯放置于80℃的水浴锅中，加入5.0g废铅酸电池阳极材料反应2h，将2.6g乙酸锆和2.0g异丙醇铝溶于25ml蒸馏水后加入反应体系并继续反应2h。将28.35g磷酸二氢铝溶于25ml蒸馏水后加入上述溶液，将反应温度升至80℃保持8h,整个反应过程需持续进行磁力搅拌。最终得到的产物冷冻干燥4d后，置于马弗炉中1200℃煅烧得到具有良好的隔热和电磁屏蔽性能的块体陶瓷气凝胶。
35.如图2所示，是上述实施例1和3制备得到的块体陶瓷气凝胶照片。可以看出，刚开始加入废铅酸电池阳极材料时溶液颜色为红褐色。随着反应的进行，溶液的颜色逐渐变白。冷冻干燥后可以得到块体气凝胶，即使经过高温煅烧后仍能得到块体完整的陶瓷气凝胶。图3a和3b是采用实施例2和5制备得到的块体陶瓷气凝胶的隔热性能测试图。利用丁烷喷灯(-1300℃)持续对厚度为16mm的块体陶瓷气凝胶进行加热，3分钟火焰熄灭后，利用红外热成像仪检测材料正面温度。结果表明，正面温度仅仅上升至140℃，表明制备的块体陶瓷气凝胶具有良好的隔热性。图4是采用实施例4和6制备的块体陶瓷气凝胶电磁屏蔽性能测试效果图。由图可以看出，样品的电磁干扰屏蔽性能随着频率的增加而增强。在1-8ghz(l,s,c
波段)范围内，块体陶瓷气凝胶的电磁屏蔽性能主要以吸收为主(sea》ser)。而在8-18ghz(x、ku波段)范围内，电磁干扰屏蔽性能主要以反射性能为主。根据测试结果可知，块体陶瓷气凝胶在12-18ghz范围内具有良好的电磁干扰屏蔽性能，对应于卫星通信和雷达波段，表明该材料在该波段具有良好的应用潜力。综上所述，利用废铅酸电池阳极材料制备的块体陶瓷气凝胶具有优异的隔热和电磁屏蔽性能。
36.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。