CZ309703B6 - Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek - Google Patents
Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309703B6 CZ309703B6 CZ2020-554A CZ2020554A CZ309703B6 CZ 309703 B6 CZ309703 B6 CZ 309703B6 CZ 2020554 A CZ2020554 A CZ 2020554A CZ 309703 B6 CZ309703 B6 CZ 309703B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- electrolyte
- hydrogen peroxide
- sulfuric acid
- solution
- galvanic cell
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002894 chemical waste Substances 0.000 title description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 68
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 33
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 25
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910001335 Galvanized steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 6
- 239000008397 galvanized steel Substances 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 21
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L potassium sulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S([O-])(=O)=O OTYBMLCTZGSZBG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 7
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 235000011151 potassium sulphates Nutrition 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- CHKVPAROMQMJNQ-UHFFFAOYSA-M potassium bisulfate Chemical compound [K+].OS([O-])(=O)=O CHKVPAROMQMJNQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910000343 potassium bisulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- FZCSCCVLIJOECE-UHFFFAOYSA-L dipotassium carbonate trihydrate Chemical compound O.O.O.[K+].[K+].[O-]C([O-])=O FZCSCCVLIJOECE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide;zinc Chemical compound [Zn].OO DLINORNFHVEIFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate) residues Polymers 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
- H01M6/045—Cells with aqueous electrolyte characterised by aqueous electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
- H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
- H01M6/12—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with flat electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/42—Grouping of primary cells into batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Řešením je způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku vzniklé z chemického čištění pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek. Roztok odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku se zneutralizuje hydroxidem draselným za vzniku sraženiny; dále následuje separace sraženiny od zbytku roztoku; sušení a pražení separované sraženiny za vzniku krystalicky pevné látky a mletí krystalicky pevné látky na prášek. Dále následuje výroba elektrolytu pro galvanický článek, galvanického článku a baterie obsahující tyto galvanické články.
Description
Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek
Oblast techniky
Předkládaný vynález se týká způsobu ekologického zpracování směsi vzniklé z chemického odpadu obsahující kyselinu sírovou a peroxid vodíku za účelem vytvoření elektrolytu vhodného pro galvanický článek a samotný galvanický článek, zejména primární baterii, poskytující elektrickou energii, přičemž galvanický článek obsahuje výše zmíněný elektrolyt a baterii.
Dosavadní stav techniky
Existuje celá řada elektrolytů, které jsou vhodné pro implementaci do galvanických článků.
US 6465124 B1 popisuje elektrochemický systém založený na hořčíkové anodě. Dokument dále zveřejňuje elektrolyt sestávající se z kyseliny sírové sloužící k rozpuštění pevné sraženiny, kterou je hydroxid hořečnatý nebo uhličitan hořečnatý. Galvanický článek dále obsahuje katalyzátor, který je složený z paladia a iridia. V jednom provedení je podle US 6465124 B1 koncentrace kyseliny v rozmezí od 0,01 M až 0,1 M. V dalším provedení je katolytovou částí peroxid vodíku. Dokument rovněž uvádí jedno konkrétní provedení elektrolytu, který obsahuje 40 g/l mořské vody, 0,5 M peroxidu vodíku a 0,1 M kyseliny sírové v celkovém objemu dvou litrů.
EP 2333884 A1 zveřejňuje primární baterii obsahující zápornou elektrodu obsahující hliník, hliníkovou slitinu nebo směs hliníkových slitin s kyselým elektrolytem. Kladná elektroda obsahuje peroxid vodíku nebo jakýkoliv jiný peroxid nebo směs peroxidů s kyselým elektrolytem. Záporná elektroda může být ve formě kyselinového gelu, který obsahuje peroxid vodíku. Jedna z možných kyselin je kyselina sírová. V jistém provedení je zveřejněné použití cíničitanu draselného jako stabilizátoru.
JP S58155656 A se týká způsobu výroby alkalické baterie s použitím oxidu stříbrného, oxidu manganičitého jako kladné elektrody. Záporná elektroda se sestává ze zinku. Dokument prezentuje alkalický elektrolyt a směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku.
Nepatentová literatura Shimin, Z., Jianhong, J. and Debi, Z. (2012), Exploration of aqueous zinchydrogen peroxide batteries. Int. J. Energy Res., 36: 953-962.
doi:10.1002/er.1847 se týká elektrolytu na bázi chloridu amonného. Kyselina sírová a peroxid vodíku jsou použity pro aktivaci na opačných elektrodách.
Nevýhodou výše uvedených řešení je agresivita elektrolytu a jeho možné dopady na životní prostředí. Další nevýhodou je jejich chemická nestabilita látky.
Výsledkem experimentů v laboratořích bývá často chemický odpad vzniklý ze silných kyselin nebo louhů používaných k čištění chemických nádob. Konkrétněji je odpadem směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku v poměru od 3:1 do 7:1, která se používá k odstranění organických usazenin, odstraňování plastových pouzder integrovaných obvodů apod. Protože výše uvedená směs (běžně označována odborným termínem Piraňa) je znečištěná organickými zbytky, nelze ji dále jednoduše použít jako běžnou kyselinu, resp. silný oxidační roztok. Nastoleným technickým problémem, který se předkládaný vynález snaží vyřešit, je účinné a ekologické zpracování odpadu vzniklého výše uvedeným způsobem.
- 1 CZ 309703 B6
Podstata vynálezu
Předkládaný vynález řeší zpracování chemického odpadu a použití výsledného produktu jako elektrolytu pro galvanický článek. Podstatou vynálezu je neutralizace směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku hydroxidem draselným za vzniku hydrogensíranu draselného ve formě bílé sraženiny (pasty). Tento produkt je již vhodný pro použití jako elektrolyt. Protože však pH vzniklé pasty je srovnatelné s původní kyselinou sírovou, a navíc pozvolným vysycháním mění své vlastnosti, je výhodnější jej vysušit a dalším pražením změnit na stabilní síran draselný. Po rozdrcení vzniklých granulí a smícháním s rozpouštědlem, např. vodou, již elektrolyt dosáhne požadovaných vlastností vhodných pro využití v galvanických článcích. Navrhovanou formu elektrolytu na bázi síranu draselného lze skladovat ve formě bílého krystalického prášku neomezeně dlouhou dobu v suchém prostředí. Pro aktivaci elektrolytu stačí rozpouštědlo, např. obyčejná voda.
V jistém provedení tak předkládaný vynález představuje způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku vzniklé z chemického čištění pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že se roztok
- zneutralizuje hydroxidem draselným za vzniku sraženiny a dále následuje
- separace sraženiny od zbytku roztoku; sušení a pražení separované sraženiny za vzniku krystalicky pevné látky a mletí krystalicky pevné látky na prášek.
Směs kyseliny sírové (H2SO4), vody a peroxidu vodíku (H2O2) se v průmyslové praxi používá k čištění organických zbytků ze substrátů, jako např. skleněných nádob. Takovouto výslednou směs s organickými nečistotami, resp. produktů kyseliny s organickými látkami pak nelze dále použít, neboť je již kontaminovaná. Pro předkládaný vynález představuje takováto „znečištěná“ směs výchozí látku pro výrobu prášku vhodného pro následnou výrobu a použití jako elektrolytu. V jiných provedení je možné využít „znečištěnou“ směs vzniklou z čištění tištěných spojů v elektrotechnice. V dalším provedení lze využít „znečištěnou“ směs vzniklou z čištění zbytků fotorezistu z křemíkových destiček.
V jistém provedení je možné využít „znečištěný“ roztok vzniklý ze směsi koncentrované kyseliny sírové (výhodně 96% roztok) a peroxidu vodíku (výhodně 35% roztok) za účelem čištění chemických nádob nebo jiným běžným účelem, například odstraňování pouzder integrovaných obvodů.
V jistém provedení lze jako výchozí směs pro výsledný produkt ve formě prášku vhodného pro výrobu elektrolytu použít Piraňu vzniklou ze smíchání kyseliny sírové s peroxidem vodíku v hmotnostním poměru 3:1. V dalším provedení lze využít i Piraňu v hmotnostním poměru kyseliny sírové a peroxidu vodíku 7:1. Poměr lze měnit podle účelu, přičemž na technologii likvidace, resp. neutralizace, se nic nemění.
V následujícím kroku dochází k neutralizaci výše uvedené směsi s roztokem hydroxidu draselného, přičemž meziproduktem je sraženina obsahující hydrogensíran draselný.
V dalším kroku předkládaného vynálezu dochází k separaci sraženiny od zbytku roztoku a sušení separované sraženiny, přičemž se tvoří krystalicky pevná látka; a vodní pára, případně oxidy uhlíku a dusíku z organických zbytků. Po vzniku sraženiny, zbývá v roztoku kromě vody také kyselina sírová. Tento zbytek kyseliny (již zředěné s nově vzniklou vodou) je možné smísit s doposud nepoužitou Piraňou a použít jako výchozí látku. Separovaná sraženinu se dále suší, a poté praží. Konečným krokem je mletí krystalicky pevné látky na prášek.
- 2 CZ 309703 B6
Výsledný produkt, tj. prášek je chemicky stabilní a poskytuje možnost vytvářet elektrolyt, po smíchání s rozpouštědlem, např. vodou. Vhodným poměrem lze měnit fyzikální vlastnosti, zejména viskozitu. V jistém příkladu uskutečnění lze např. použít 50 μ1 vody s 0,5 ml prášku vzniklého podle předkládaného vynálezu.
V jistém výhodném provedení probíhá krok sušení při teplotě do 150 °C. Sušení je výhodné zejména z hlediska stabilizace vlastností elektrolytu. Při teplotě nad 150 °C může dojít k reakci stopových organických zbytků s materiálem Petriho misky použité k sušení (vznik karbidů a nitridů na povrchu austenitické oceli).
V druhém provedení se předkládaný vynález týká prášku sestávajícího se z produktu vzniklého reakcí směsného roztoku znečištěné pirani s roztokem hydroxidu draselného a/nebo hydroxidu sodného, přičemž elektrolyt je formě krystalické látky vysrážené a vysušené z výše uvedených roztoků.
Ve výhodném provedení elektrolytu je směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku směsí 96% kyseliny sírové a 35% roztoku peroxidu vodíku.
Elektrolyt je výhodně před použitím ve formě prášku. Prášek představuje stabilní formu elektrolytu, která umožní vytvářet elektrolyt ve formě pasty, např. po smíchání práškové formy s rozpouštědlem, zejména vodou. Prášková forma elektrolytu je zejména výhodná v uchovávání a přenositelnosti.
Další provedení předkládaného vynálezu představuje galvanický článek obsahující:
- výše popsaný elektrolyt podle předkládaného vynálezu;
- zápornou elektrodu sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu, přičemž je na elektrodě nanesen výše uvedený elektrolyt ve formě pasty, nebo gelu;
- kladnou elektrodu sestávající se z měděné fólie; a
- izolantu mezi elektrodami, přičemž izolant je dále opatřen otvorem umožňující průchod elektrických nosičů.
Galvanický článek má napětí 1,1 V a lze jej sériově spojovat za účelem dosažení vyššího napětí (například tři až čtyři články pro napájení LED diody). Galvanický článek tak může představovat baterii. Galvanický článek, resp. baterie, představuje levný a přenositelný zdroj elektrické energie, přičemž je výsledným produktem ekologické likvidace nebezpečného chemického odpadu.
Další provedení předkládaného vynálezu se týká způsobu výroby galvanického článku, přičemž způsob obsahuje kroky:
- poskytnutí záporné elektrody sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu;
- nanesení elektrolytu ve formě pasty nebo gelu na pozinkovaný ocelový plech záporné elektrody;
- umístnění izolantu na povrch záporné elektrody, přičemž izolant je opatřen otvorem umožňující průchod elektrických nosičů;
- opatření kladné elektrody sestávající se z měděného plíšku a její přiložení na otvor izolantu tak, aby docházelo k průchodu elektrických nosičů přes izolant.
- 3 CZ 309703 B6
Objasnění výkresů
Obr. 1 představuje schématický nákres galvanického článku.
Obr. 2 představuje difraktorgram vzorku získaného podle předkládaného vynálezu.
Příklady uskutečnění vynálezu
V jistém provedení předkládaného vynálezu vznikl nebezpečný odpad po čištění skleněných Petriho misek z čisticího prostředku ve formě směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku v hmotnostním poměru 3:1 a rozpuštěných usazenin na dně výše zmiňovaných Petriho miskách. Tato organická sraženina vznikla po odpaření znečištěné demineralizované vody z čistých prostor po umytí technických součástek. V jistém konkrétním příkladu uskutečnění vznikla organická nečistota z technické součástky pracující ve vakuu, která obsahovala gumové těsnění (fluorokarbonový O-kroužek). V jiném příkladu obsahovaly Petriho misky i zbytky PET (polyethylentereftalátu). Demineralizovaná voda na čištění občas obsahuje i 25% propanol. Za experimentálních podmínek, např. s vysoko-výkonovými lasery, může dojít k chemické reakci čisticí směsi s PET nebo gumovým těsněním a rozpuštěním do čisticí směsi. Během odpaření znečištěné směsi demineralizované vody a propanolu vznikly na dně Petriho misky organické usazeniny. Tyto usazeniny nebylo možné vyčistit čistým propanolem, a bylo tudíž potřeba použít nejsilnějšího rozpouštědla, Pirani. Výsledná „znečištěná směs“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku byla ve formě roztoku. V některých provedeních lze výhodně využít Piraňu sestávající se z 98% roztoku kyseliny sírové a 35% roztoku peroxidu vodíku. Roztok „znečištěné“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku se zneutralizoval hydroxidem draselným za vzniku sraženiny. Sraženina byla následovně separována od zbytku roztoku. Zbytek roztoku lze následně použít jako výchozí látku pro výrobu elektrolytu podle předkládaného vynálezu. Následně došlo k vysušení sraženiny tak, že se vytvořila krystalická bílá látka, která obsahovala síran draselný. Krystalická látka byla rozemleta na prášek, přičemž tento prášek představuje chemicky stabilní formu elektrolytu schopného vytvořit galvanický článek a nabíjet např. LED.
Sraženina byla sušena při optimální teplotě maximálně do 150 °C. Při teplotě nad 150 °C se rychleji uvolňovaly organické zbytky ve formě oxidu uhelnatého, případně jiných potenciálně nebezpečných oxidů. Aby nedošlo k nebezpečné koncentraci ve vzduchu, teplotu byla heuristicky optimalizována do 150 °C. Při nižších teplotách by vysoušení bylo mnohem bezpečnější, ale doba pro vysoušení byla příliš dlouhá. 150 °C je optimální z hlediska bezpečnosti a času. Po vysušení byla výsledná sraženina rozemleta na prášek. Podle RTG difrakční tomografie, který je zobrazen na obr. 2, výsledný prášek obsahoval síran draselný.
Výsledný prášek poskytuje chemickou stabilitu a je rovněž přenositelný, což bylo prokázáno experimentem, při kterém byl prášek uschován v suchém prostředí po dobu 14 dní. Po této době byl prášek smíchán s vodou a vytvořen elektrolyt, který se ve formě pasty nanesl na příslušné elektrody 1 a 5. Kladná elektroda 5 se sestávala z měděného plíšku, záporná elektroda 1 se sestávala z pozinkovaného plechu z elektroinstalatérského odpadu. Po přiložení voltmetru dosahovala hodnota elektromotorického napětí stabilních 1,1 V.
V dalším příkladu uskutečnění vznikl nebezpečný odpad po čištění polovodičových desek s integrovaným elektrickým obvodem. Polovodičová deska obsahovala organické nečistoty ve formě plastů vzniklých z tavicí pistole. K odstranění těchto zbytku byla použita směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku (Piraňa) v hmotnostní koncentraci 4:2. Výsledná „znečištěná směs“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku byla ve formě roztoku. V tomto konkrétním příkladu uskutečnění se Piraňa sestávala z 60% roztoku kyseliny sírové a 35% roztoku peroxidu vodíku. Roztok „znečištěné“ kyseliny sírové a peroxidu vodíku se zneutralizoval hydroxidem draselným za vzniku sraženiny. Sraženina byla následovně separována od zbytku roztoku. Následně došlo k vysušení sraženiny při teplotě 120 °C tak, že se vytvořila krystalická bílá látka, která obsahovala
- 4 CZ 309703 B6 síran draselný. Krystalická látka byla rozemleta na prášek, přičemž tento prášek představuje chemicky stabilní formu elektrolytu schopného vytvořit galvanický článek a nabíjet např. LED. S výsledným práškem byly provedeny dva experimenty, první část vzorku byla uschována do nádoby a uskladněna do místnosti beze světla se suchým prostředím po dobu 14 dní. Druhá část vzorku se druhý den spotřebovala pro vytvoření elektrolytu, který vznikl smícháním prášku s vodou. V tomto příkladu uskutečnění bylo smícháno 50 g prášku s 5 cl vody za vytvoření pasty. Pasta se nanesla na elektrody 1 a 5, měděnou a pozinkovanou, přičemž změřené elektromotorické napětí dosahovalo hodnoty kolem 1,3 V. Stejný experiment byl proveden se vzorkem uskladněným v suchém prostředí po dobu 14 dní, přičemž výsledné elektromotorické napětí dosahovalo 1,2 V.
V jistých provedeních lze prášek vytvořit reakcí Pirani obsahující kyselinu sírovou a peroxid vodíku v hmotnostním poměru od 3:1 do 7:1, v závislosti na potřebě chemického čištění. Na postupu přípravy a vytvořeném elektrolytu bylo dosaženo obdobných výsledků.
Obr. 1 představuje schematický nákres galvanického článku. Jak je uvedeno výše, záporná elektroda 1 může být, např. pozinkovaný plech. Kladná elektroda 5 může být, např. měděný plíšek nebo tenká vrstva mědi. Tenkou vrstvou je myšlena tloušťka vrstvy v řádově několika desetin mm. Mezi elektrodami 1 a 5 je izolant 4, který se může sestávat z papíru. Izolant 4 je dále opatřen otvorem 3, do kterého lze nasypat prášek a následně jej rozpustit v rozpouštědle. V dalším provedení lze rovnou opatřit otvor gelem 2 obsahující elektrolyt podle předkládaného vynálezu. Bylo zjištěno, že galvanický článek poskytuje elektromotorické napětí okolo 1,1 V.
V jiném příkladu uskutečnění byl mezi elektrodami 1 a 5 umístěn elektrický izolant ve formě tlustého plastu s otvorem uprostřed. Do otvoru byla nanesena pasta z elektrolytu, kterou tentokrát tvořil prášek s organickým rozpouštědlem, etanolem. V dalším příkladu bylo vyzkoušeno i vytvoření pasty z prášku podle vynálezu a glycerolu. Po přiložení voltmetru bylo naměřeno elektromotorické napětí kolem 1,3 V.
V dalším příkladu uskutečnění byla vytvořena primární baterie o elektromotorickém napětí 2,6 V ze čtyř článků výše uvedených galvanických článků sestavených ze zinkové záporné elektrody 1 a měděné kladné elektrody 5. Baterie napájela LED diodu o startovacím napětí 1,8 V a jmenovitém proudu 2 mA deset minut. Na každý článek bylo použito 0,5 ml práškového elektrolytu rozpuštěného v 80 μl vody. Kapacita prototypu je tedy 2 mA x 1/6 hod = 1/3 mAh. Pro větší množství elektrolytu a lepší kontakty lze dosáhnout kapacity větší. Po zhasnutí LED diody bylo zbytkové elektromotorické napětí 1,6 V.
Obr. 2 představuje difraktogram výsledného praženého produktu neutralizační reakce hydroxidu draselného se „znečištěnou“ směsí kyseliny sírové a peroxidu vodíku, přičemž produkt je formě prášku. Na difraktogramu bylo odhaleno, že výsledný produkt obsahuje přibližně 80 % hmotn. K2SO4 a 20 % hmotn. trihydrátu uhličitanu draselného.
Paralelně byl proveden experiment s čistým K2SO4, přičemž bylo zjištěno, že elektromotorické napětí je v rámci chyby měření stejné.
Průmyslová využitelnost
Předkládaný vynález je možné využít jako způsob nakládání s odpadem chemických laboratoří, přičemž výsledný produkt lze snadno a levně použít pro výrobu galvanických článků, zejména primárních baterií.
Claims (9)
1. Způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku vzniklé z chemického čištění pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek, vyznačující se tím, že se roztok zneutralizuje hydroxidem draselným za vzniku sraženiny; dále následuje separace sraženiny od zbytku roztoku; sušení a pražení separované sraženiny za vzniku krystalicky pevné látky a mletí krystalicky pevné látky na prášek.
2. Způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku podle nároku 1, vyznačující se tím, že sušení probíhá při teplotě maximálně do 150 °C.
3. Způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že odpadní znečištěná směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku obsahuje 96% kyselinu sírovou a 35% peroxid vodíku.
4. Způsob zpracování roztoku odpadní znečištěné směsi kyseliny sírové a peroxidu vodíku podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že odpadní znečištěná směs kyseliny sírové a peroxidu vodíku obsahuje kyselinu sírovou a peroxid vodíku v hmotnostních poměrech od 3:1 do 7:1.
5. Způsob výroby elektrolytu pro galvanický článek, vyznačující se tím, že prášek připravený způsobem podle nároků 1 až 4 ve formě rozdrcené vysrážené a vysušené krystalické látky se smíchá s rozpouštědlem, výhodně s vodou.
6. Elektrolyt pro galvanický článek, vyznačující se tím, že obsahuje prášek připravený způsobem podle nároků 1 až 4 a rozpouštědlo, výhodně vodu.
7. Galvanický článek, vyznačující se tím, že obsahuje:
- elektrolyt podle nároku 6;
- zápornou elektrodu (1) sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu, přičemž je na elektrodě nanesen elektrolyt podle nároku 6 ve formě pasty nebo gelu (2);
- kladnou elektrodu (5) sestávající se z měděné folie; a
- izolant (4) mezi elektrodami (1) a (5), přičemž izolant (4) je dále opatřen otvorem (3) umožňující průchod elektrických nosičů.
8. Způsob výroby galvanického článku podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje kroky:
- opatření záporné elektrody (1) sestávající se z pozinkovaného ocelového plechu;
- nanesení elektrolytu podle nároku 6 ve formě pasty nebo gelu (2) na pozinkovaný ocelový plech záporné elektrody (1);
- umístnění izolantu (4) na povrch záporné elektrody (1), přičemž izolant (4) je opatřen otvorem (3) umožňující průchod elektrických nosičů;
- opatření kladné elektrody (5) sestávající se z měděného plíšku a její přiložení na otvor (3) izolantu (4) tak, aby docházelo k průchodu elektrických nosičů přes izolant (4).
9. Baterie, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dva galvanické články podle nároku 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-554A CZ309703B6 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-554A CZ309703B6 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2020554A3 CZ2020554A3 (cs) | 2022-04-20 |
| CZ309703B6 true CZ309703B6 (cs) | 2023-08-09 |
Family
ID=81653786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-554A CZ309703B6 (cs) | 2020-10-12 | 2020-10-12 | Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309703B6 (cs) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2056754A (en) * | 1979-07-25 | 1981-03-18 | Varta Batterie | Galvanic primary cell |
| US20010028979A1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-10-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aluminum battery |
| US20050282066A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-22 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Water-activated cell and method of power generation |
| EP2996182A1 (en) * | 2014-08-21 | 2016-03-16 | Johnson & Johnson Vision Care Inc. | Electrolyte formulations for use in biocompatible energization elements |
| WO2019234393A1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | The University Of Warwick | Aqueous electrolytes |
-
2020
- 2020-10-12 CZ CZ2020-554A patent/CZ309703B6/cs unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2056754A (en) * | 1979-07-25 | 1981-03-18 | Varta Batterie | Galvanic primary cell |
| US20010028979A1 (en) * | 2000-03-01 | 2001-10-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aluminum battery |
| US20050282066A1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-22 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Water-activated cell and method of power generation |
| EP2996182A1 (en) * | 2014-08-21 | 2016-03-16 | Johnson & Johnson Vision Care Inc. | Electrolyte formulations for use in biocompatible energization elements |
| WO2019234393A1 (en) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | The University Of Warwick | Aqueous electrolytes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2020554A3 (cs) | 2022-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108370011B (zh) | 可充电式铝离子电池 | |
| US11631909B2 (en) | Methods and systems for scalable direct recycling of batteries | |
| Wu et al. | Fabrication and characterization of β-PbO 2/α-PbO 2/Sb–SnO 2/TiO 2 nanotube array electrode and its application in electrochemical degradation of Acid Red G | |
| AU2017394846B2 (en) | Bismuth-based chloride-storage electrodes | |
| ES2937060T3 (es) | Generadores electroquímicos secundarios alcalinos con ánodo de zinc | |
| CN105858818B (zh) | 一种Zn/Cu/Ti多金属纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法 | |
| JPS62230994A (ja) | スクラツプからの鉛の電解回収法 | |
| Matsui et al. | A novel aqueous lithium–oxygen cell based on the oxygen-peroxide redox couple | |
| Tamura et al. | Anodic oxidation of potassium cyanide on platinum electrode | |
| US9745202B2 (en) | Metal cyanometallate synthesis method | |
| CZ309703B6 (cs) | Způsob zpracování chemického odpadu pro následnou výrobu elektrolytu pro galvanický článek | |
| Motupally et al. | The role of oxygen at the second discharge plateau of nickel hydroxide | |
| CZ37107U1 (cs) | Prášek pro přípravu elektrolytu pro galvanický článek | |
| DK2707924T3 (en) | ALKALIMETALION BATTERY WITH LEADING CERAMIC ALKALIMETAL Separator | |
| CN1435512A (zh) | 臭氧产生电解槽 | |
| TWM528992U (zh) | 硝酸根氮脫除設備 | |
| ES2790253T3 (es) | Procedimiento de recuperación selectiva de plata en presencia de aluminio, por vía electroquímica y en solución acuosa | |
| CN101286567B (zh) | 一种电解质 | |
| US20240088467A1 (en) | Methods and systems for discharging spent batteries | |
| KR100747626B1 (ko) | 아연전극 제조방법 및 제조장치 | |
| JPS6110871A (ja) | 蝕刻金属電極と非水性電池中の使用 | |
| US5196274A (en) | Electrochemical energy device | |
| RU2282917C1 (ru) | Гальванический источник постоянного тока | |
| CN106876690A (zh) | 一种铝空气电池铝合金阳极金属板的制备方法 | |
| US724012A (en) | Process of making electric accumulator-plates. |