废旧锂离子电池中有价金属离子的生物淋滤及其机理研究

发布时间：2017-05-16 05:03

  本文关键词：废旧锂离子电池中有价金属离子的生物淋滤及其机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电动汽车的快速发展,产生了大量的废旧锂离子电池,因此需要寻求便宜、高效、安全和生态友好的方法回收废旧动力锂离子电池。使用一种经济高效、安全环保的处理技术,对实现其无害化和资源化具有重大意义。生物淋滤因耗酸量少、处理成本低、浸出率高,安全环保等优点引起了广泛关注。目前利用生物淋滤技术处理废旧锂离子电池主要研究从LiCoO2中回收Li和Co,本文首次研究了1%固液比条件下采用生物淋滤方法回收废旧LiFePO4、LiMn2O4和LiNixCoyMn1-x-yO2中的有价金属Li、Ni、Co和Mn。通过改变实验条件,探究回收废旧动力锂离子电池的最优化条件;对其机理进行分析,为生物淋滤技术的实际应用奠定基础。结果表明Li在硫-氧化硫硫杆菌体系中浸出率最高,这表明Li的溶出是由于生物产生H2SO4,而混合能源底物-混合菌体系中Ni、Co和Mn的浸出率最高,表明这些金属的溶出是Fe2+的还原和酸溶的共同作用。Li的浸出是非接触机理,Ni、Co和Mn的溶出是接触机理。由于调酸后利于细菌的生长,极大提高了生物浸出效率,三元材料中四种金属的平均浸出率都超过95%,其中Co和Ni分别从43.5%、38.3%到96.1%、97.2%。同时,还研究了胞外多聚物(EPS)对于废旧锂离子电池三元正极材料生物淋滤的促进机理。结果表明在2%和4%条件下,加入EPS能极大提高金属的浸出率。其中2%条件下,加入氧化硫硫杆菌的EPS的效果最好,Li、Mn、Co和Ni的浸出率分别为:99.4%、99.9%、99.9%、89.3%。4%条件下,还是氧化硫硫杆菌的EPS的效果最好,与不加EPS相比,四种金属的平均增长率约为100%。由SEM分析可知,EPS包裹着大量微生物粘附于材料表面,促进了微生物对能源底物的吸附摄取,并且提高了微生物对不利生存环境的适应能力,H+、Fe2+和Fe3+的浓度均增加,提高了细菌生长率和金属浸出率。加入氧化硫硫杆菌EPS的生物体系pH值最低,利于嗜酸菌的生长,该体系中产生相对较多的Fe2+,促进目标元素的还原溶出,提高了生物淋滤效能。
【关键词】：废旧动力锂离子电池 生物淋滤 回收 有价金属
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X705
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究背景和意义11-15
• 1.1.1 电池的种类11-12
• 1.1.2 锂离子电池的消费和现状12-13
• 1.1.3 锂离子电池的结构和资源特征13-14
• 1.1.4 废旧锂离子电池的危害14-15
• 1.2 废旧锂离子电池的回收处理现状15-18
• 1.2.1 物理方法16-17
• 1.2.2 化学方法17-18
• 1.3 生物淋滤技术概况18-21
• 1.3.1 生物淋滤菌株介绍18-19
• 1.3.2 生物淋滤主要机理介绍19-21
• 1.4 研究目的与前期研究进展21-23
• 1.4.1 废旧锂离子电池中有价金属回收的必要性21
• 1.4.2 本课题研究可行性分析21-23
• 1.5 实验内容23-25
• 1.5.1 实验步骤23
• 1.5.2 1%固液比条件下，三种废旧动力电池材料的生物淋滤比较23
• 1.5.3 1%固液比条件下，废旧三元材料中金属的生物淋滤机理研究23
• 1.5.4 高固液比条件下，胞外多聚物促进金属溶出率的机理研究23-25
• 第2章 不同生物淋滤体系对金属浸出效率的影响25-31
• 2.1 实验仪器与试剂25-26
• 2.2 实验菌株与培养26
• 2.3 实验方法与内容26-28
• 2.3.1 废旧锂离子电池材料的预处理26-27
• 2.3.2 三种生物反应体系对废旧磷酸铁锂中金属溶出效能的影响27
• 2.3.3 三种生物反应体系对废旧锰酸锂中金属溶出效能的影响27-28
• 2.3.4 三种生物反应体系对废旧三元材料中金属溶出效能的影响28
• 2.4 实验结果与讨论28-30
• 2.4.1 三种生物反应体系对废旧磷酸铁锂中金属溶出效能的影响28-29
• 2.4.2 三种生物反应体系对废旧锰酸锂中金属溶出效能的影响29
• 2.4.3 三种生物反应体系对废旧三元材料中金属溶出效能的影响29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 电极材料投加量为 1%时生物淋滤条件优化和机理探究31-41
• 3.1 实验仪器与试剂31
• 3.2 实验菌株与培养基31-32
• 3.3 实验方法与内容32-33
• 3.3.1 废旧三元材料的预处理32
• 3.3.2 不同初始pH值的生物淋滤实验32
• 3.3.3 化学模拟生物淋滤实验32
• 3.3.4 半透膜包覆与否的生物淋滤实验32-33
• 3.3.5 过程调酸的生物淋滤实验33
• 3.4 实验结果与讨论33-39
• 3.4.1 不同初始pH值的生物淋滤实验33
• 3.4.2 三元材料浸出过程分析33-36
• 3.4.3 化学模拟生物淋滤实验36-37
• 3.4.4 半透膜包覆与否的生物淋滤实验37-38
• 3.4.5 过程调酸的生物淋滤实验38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 胞外多聚物促进废旧锂离子电池生物淋滤效能的条件研究和机理分析41-51
• 4.1 实验仪器与试剂41-42
• 4.2 实验方法与内容42-43
• 4.2.1 废旧三元材料的预处理42
• 4.2.2 胞外多聚物（EPS）的提取42-43
• 4.2.3 不同固液比条件下的生物淋滤实验43
• 4.2.4 不同固液比条件下，加入不同EPS的生物淋滤实验43
• 4.2.5 滤渣的SEM分析43
• 4.3 实验结果与讨论43-50
• 4.3.1 EPS的组成分析43-44
• 4.3.2 不同固液比条件下的生物淋滤实验44
• 4.3.3 不同固液比条件下，加入不同EPS的生物淋滤实验44-46
• 4.3.4 2%条件下的EPS生物淋滤实验46-49
• 4.3.5 滤渣的SEM分析49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 结论51-53
• 参考文献53-59
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单59-61
• 致谢61

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1 杨洁;蔡体久;汪群慧;王琪;;直接与间接生物淋滤法去除城市生活垃圾焚烧飞灰中重金属的研究[J];北京林业大学学报;2008年S1期

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本文编号：369588