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自第二次科技革命以来,我们便进入了“电力时代”,电力的出现推动了生产技术由机械化转变为电气化、自动化,更改变了人们的生活方式。然而作为日常生活中常用的电源——干电池,它对环境的污染令人担忧。
废旧干电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃,腐化的电池会破坏水源,侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地,使人类的生存环境面临巨大威胁。
于是我以南孚电池为例,希望通过化学方法回收电池中的可重复利用物质,促进废旧电池回收产业链的形成,缓解甚至解决电池对环境的污染。
一、实验假设
从南孚电池中回收可重复利用物质,如草酸锌、草酸锰、金属外壳(包括铁钉)、石墨和MnO2。
二、实验过程
(1)材料准备
旧电池、钳子、草酸、稀硝酸(2mol/L)、酒精(95%)、小烧杯(100ml)6个、大烧杯(250ml)2个、漏斗、滤纸、玻璃棒、铁架台、蒸发皿、三脚架、热水10ml、天平、量筒、手套、石棉网。
(2)实验步骤
1.用钳子拔出阴极,由于金属皮极为坚硬,注意技巧和力度。
2.拆除得到铁钉和剩余部分。
3.配置草酸溶液这一过程改进后并不需要特意配置草酸溶液,直接向后续实验中的溶液加入草酸晶体即可。
4.用钳子拆除金属外壳。
5.将可透过离子的纸筒拆开,得到锌和氧化锌的混合物1,将混合物1加热氧化,反应方程式为2Zn O2=2ZnO。这一过程中可观察到,混合物1由银白色变为白色,带有微黄。
6.将回收负极(包裹着离子透过膜的锌筒)、金属外皮、糊状电解质以及石墨和二氧化锰的混合物2加热5分钟。
7.将加热过的混合物1和混合物2分别粉碎。
8.向粉碎后的混合物1中加入NaOH溶液搅拌,然后加入草酸晶体,反应方程式如下:
ZnO 2NaOH=Na2ZnO2 H2O;
Na2ZnO2 2C2H204→Na2C2O4 ZnC2O4 2H2O
9.将上一步得到的混合液过滤,滤渣为草酸锌,滤液为草酸和草酸钠。
10.将粉碎后的混合物2放入 10ml热水中,趁热过滤,得到含有氢氧化钾、锌酸钾和Mnx 的滤液1,以及滤渣MnO2和石墨,反应方程式如下:
Zn2 C2H2O4→ZnC2O4 2H
Mn2 C2H2O4→MnC2O4 2H
11.向滤液1中加入少量草酸,过滤,滤渣为草酸锌和草酸锰。滤液2为草酸和草酸钾。
12.清洗整理回收得到的物质并称重,得出草酸锌和草酸锰的混合物(主要是草酸锰)2.3g;金属外壳4.6g;草酸锌4.1g;石墨和MnO210.8g。
三、创新点
符合循环利用的原则,回收物可再次用于电池制造业。有一定的经济价值,每节五号南孚电池能回收成本约0.6元。
实验之后,我们又冒出了新的疑问:其他品牌的电池如何提取可回收物质? 怎样将实验提取转变成流水线生产?
每种电池的配方差异决定了回收时的提取方法。所以应该因材施法,不同的电池采用不同的方法。
本实验最难进行流水线生产的就是第一步拆除分离,所以我们设想:能否用特殊长度的金属刀将电池切开?但这既要保证电池的形状完好,还要保证金属刀足够硬,使用寿命长。因此,拆除问题是实现流水线生产的最大障碍,但一旦解决,本实验用于实际生产就能水到渠成。(指导老师:熊梅初)
废旧干电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃,腐化的电池会破坏水源,侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地,使人类的生存环境面临巨大威胁。
于是我以南孚电池为例,希望通过化学方法回收电池中的可重复利用物质,促进废旧电池回收产业链的形成,缓解甚至解决电池对环境的污染。
一、实验假设
从南孚电池中回收可重复利用物质,如草酸锌、草酸锰、金属外壳(包括铁钉)、石墨和MnO2。
二、实验过程
(1)材料准备
旧电池、钳子、草酸、稀硝酸(2mol/L)、酒精(95%)、小烧杯(100ml)6个、大烧杯(250ml)2个、漏斗、滤纸、玻璃棒、铁架台、蒸发皿、三脚架、热水10ml、天平、量筒、手套、石棉网。
(2)实验步骤
1.用钳子拔出阴极,由于金属皮极为坚硬,注意技巧和力度。
2.拆除得到铁钉和剩余部分。
3.配置草酸溶液这一过程改进后并不需要特意配置草酸溶液,直接向后续实验中的溶液加入草酸晶体即可。
4.用钳子拆除金属外壳。
5.将可透过离子的纸筒拆开,得到锌和氧化锌的混合物1,将混合物1加热氧化,反应方程式为2Zn O2=2ZnO。这一过程中可观察到,混合物1由银白色变为白色,带有微黄。
6.将回收负极(包裹着离子透过膜的锌筒)、金属外皮、糊状电解质以及石墨和二氧化锰的混合物2加热5分钟。
7.将加热过的混合物1和混合物2分别粉碎。
8.向粉碎后的混合物1中加入NaOH溶液搅拌,然后加入草酸晶体,反应方程式如下:
ZnO 2NaOH=Na2ZnO2 H2O;
Na2ZnO2 2C2H204→Na2C2O4 ZnC2O4 2H2O
9.将上一步得到的混合液过滤,滤渣为草酸锌,滤液为草酸和草酸钠。
10.将粉碎后的混合物2放入 10ml热水中,趁热过滤,得到含有氢氧化钾、锌酸钾和Mnx 的滤液1,以及滤渣MnO2和石墨,反应方程式如下:
Zn2 C2H2O4→ZnC2O4 2H
Mn2 C2H2O4→MnC2O4 2H
11.向滤液1中加入少量草酸,过滤,滤渣为草酸锌和草酸锰。滤液2为草酸和草酸钾。
12.清洗整理回收得到的物质并称重,得出草酸锌和草酸锰的混合物(主要是草酸锰)2.3g;金属外壳4.6g;草酸锌4.1g;石墨和MnO210.8g。
三、创新点
符合循环利用的原则,回收物可再次用于电池制造业。有一定的经济价值,每节五号南孚电池能回收成本约0.6元。
实验之后,我们又冒出了新的疑问:其他品牌的电池如何提取可回收物质? 怎样将实验提取转变成流水线生产?
每种电池的配方差异决定了回收时的提取方法。所以应该因材施法,不同的电池采用不同的方法。
本实验最难进行流水线生产的就是第一步拆除分离,所以我们设想:能否用特殊长度的金属刀将电池切开?但这既要保证电池的形状完好,还要保证金属刀足够硬,使用寿命长。因此,拆除问题是实现流水线生产的最大障碍,但一旦解决,本实验用于实际生产就能水到渠成。(指导老师:熊梅初)