锂电池隔膜行业含PVDF凝胶废水实验研究

作者:钱亚杰;殷俊; 刊名:无锡职业技术学院学报 上传者:韩大跃

【摘要】采用Fenton氧化法对锂电池隔膜行业含PVDF凝胶废水进行处理研究,研究加药量与COD去除率、运行成本的关系,污泥含水率、理论绝干污泥与实际绝干污泥的关系。结果表明:加药量越是增加,COD去除效果越好,运行成本也越高,其中1/5理论值加药量为关键拐点,出水COD 305 mg/L,去除率96.74%,满足出水COD要求,运行成本138.1元/吨;采用Fenton法后污泥含水率约在87%;理论绝干污泥与实际绝干污泥基本吻合。

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随着新能源车市场的蓬勃发展,锂电池以能量密度高、电压平台高等优势成为车企手中的“香饽饽”。锂电池的结构中,隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的品质直接影响电池容量、充放电循环寿命、阻燃止爆安全性能等指标。目前,在锂电池四大核心材料中,正、负极材料和电解液都已实现国产化,但高端锂电池隔膜仍是技术短板,高端隔膜依然有近50%需要进口[1]。高端隔膜市场的丰厚利润吸引了不少上市公司,市场潜力巨大。 PVDF(聚偏氟乙烯)的溶胀特性,可提高隔膜对电解液的吸收量,减少游离态电解液的量,提高电芯的安全性能。另外,PVDF有一定的粘结性,在一定的温度、压力下,隔膜能够与锂电池极片粘结在一起,减小电池内部的接触内阻,同时也增强电芯的硬度,提升电芯的安全性能和电化学性能[2],因此在高端隔膜市场中被广泛使用。 聚合物涂覆隔膜生产大多采用将聚合物浆料(PVDF和胶黏剂)涂覆到湿法隔膜基材(基膜)表面,工艺流程包括计量配料、制浆、涂覆、干燥、收卷、分切、包装、成品。其中制浆过程将产生大量含PVDF凝胶废水[3]。凝胶废水具有有机物含量高,悬浮物含量高,颗粒细(<0.45 um)且不能被混凝沉淀,色度高,可生化性差,对生态环境危害大的特点。 含PVDF凝胶废水处理技术目前尚无较突出的先进工艺技术,此文本将对国内锂电池领域的龙头企业生产的含PVDF凝胶废水进行有益的探索和尝试。 1 材料与方法 1.1 药品及仪器 实验药剂:FeSO4·7H2O(分析纯),30%H2O2(分析纯),哈希高量程COD试剂,HgSO4(分析纯),NaOH(分析纯),1 g/L PAM等。 实验仪器:哈希DR3900,哈希消解仪,SevenExcellence多参数测试仪,JJ-4A数显六联电动搅拌器,SHZ-D(Ш)循环水式多用真空泵等。 1.2 水样与进、出水水质 实验水样:实验用水取自深圳市某材质科技股份有限公司生产废水。进水水质以及达标要求见表1。 1.3 实验方法 通过前期实验摸索,发现含PVDF凝胶废水对酸、碱不敏感,即无论在酸还是碱条件下都未有反应现象;虽然SS(悬浮物)很高,但不能通过投加混凝剂、絮凝剂使悬浮物沉降下来,故认为废水中的白色悬浮物即为PVDF的颗粒,由于颗粒细小且有机物表面呈微弱的正电荷不易被混凝剂吸附而使颗粒变大沉降下来。因此,考虑采用常规的物化预处理方法——Fenton氧化法,将PVDF化学键打断,考察其表观现象及常规水质指标变化情况。具体实验步骤如下: 取200 mL水样调节pH至5.0左右加入理论计算量的七水合硫酸亚铁,再加入理论计算量的30%双氧水,控制pH在3.5左右,反应2h后加入氢氧化钠调节pH至8.5~9.0,静置沉淀后,取样测COD[4],将剩余泥水混合物通过滤膜过滤称重,计算湿污泥、绝干污泥量以及污泥含水率。 1.4 实验计算 1.4.1 理论双氧水的计算 按照COD(化学需氧量)的定义,含PVDF凝胶废水的COD为9 350 mg/L,即COD全部去除需要9 350 mg/L的氧气。由双氧水提供氧气,因此,按如下方程式计算双氧水的量: 2H2O2=2H2O+O2↑ 消耗9 350 mg/L的COD需要19.87 g/L的双氧水,30%的双氧水密度为1.1 g/mL,计算结果为需要30%的双氧水60.2 mL/L。 1.4.2 理论七水合硫酸亚铁的计算 按照经验值COD与Fe2+的摩尔比为4∶1,消耗本废水中的COD需要0.58 mol/L的双氧水即需要0.145 mol/L的亚铁离子,因此,需要七水合硫酸

参考文献

引证文献

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