锯末热解同步还原大洋锰结核及焦油制备碳量子点的研究

发布时间：2020-07-23 06:41

【摘要】：大洋锰结核富含陆地紧缺的铜、钴、镍、锰、铁等金属资源,是支撑未来工业发展重要的深海金属储备资源。本论文利用锯末热解产物还原大洋锰结核中MnO2,酸浸提取锰及赋存于MnO2中的铜、钴、镍元素有价金属;同时以锯末热解焦油为碳前驱体合成碳量子点材料,快速精准检测多金属离子浸出液中铁、铜金属元素含量,为大洋锰结核多金属提取及快速评估提供有效方法。主要研究结果如下:较传统还原剂无烟煤,锯末在较低温度下热解生成还原性挥发分CO将大洋锰结核中MnO2还原,该过程受未反应收缩核化学界面控制,其表观活化能为45.5 kJ·mol-1;基于热重分析建立了还原率与温度间的不等温动力学方程,揭示锯末热解同步还原大洋锰结核历程。经优化,在大洋锰结核粒度-0.55 mm,惰性气体流速小于0.75L.min-1,锯末用量10%,还原温度500℃,还原时间10 min条件下,大洋锰结核锰还原率达96.1%。.以锯末热解同步还原大洋锰结核过程中产生的副产物焦油为碳前驱体,分别采用气相(AT-CQDs)、固相(ST-CQDs)、液相(LT-CQDs)模板法制备碳量子点材料,通过调节碳量子点合成空间,实现了碳量子点尺寸控制,AT-CQDs、ST-CQDs 和 LT-CQDs 平均粒径分别为 6.8nm、5.9nm 和 4.3nm,均存在明显石墨晶格结构,表面丰富的极性官能团使其具备较好分散性,功能化修饰可显著增强碳量子点发光性能,较其他碳前驱体,焦油制备的碳量子点荧光产率较高,使其成为合成碳量子点的理想原料。氮掺杂碳量子点(N-CQDs)与多离子体系中Fe3+选择性地发生荧光猝灭,强酸体系中N-CQDs荧光猝灭程度与Fe3+浓度保持线性关系,Fe3+检测范围为0.23～600 μmol/L,弱酸体系中N-CQDs荧光猝灭程度对数与Fe3+浓度呈指数关系,Fe3+检测范围为0.08～1400μmol/L,弱酸性体系中Fe3+检测具备更高的检测范围和灵敏性;PEI修饰碳量子点(PEI-CQDs)与液相中多离子体系中Cu2+选择性地发生荧光猝灭,其荧光猝灭程度与Cu2+浓度呈线性关系,Cu2+检测范围为0.08～400 μmol/L;N-CQDs和PEI-CQDs可准确快速检测多金属体系中Fe3+和Cu2+,基于大洋锰结核中铜与锰、钴、镍的同步浸出特性,建立了大洋锰结核中多金属浸出快速评估方法。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O613.71;TB383.1
【图文】：

图３－１技术路线逡逑３．３研究内容逡逑以大洋锰结核为试验原料，锯末为还原剂，优化热解同步还原条件，探逡逑宄锯末热解同步还原锰结核机理；考察在不同还原条件下，大洋锰结核中锰、逡逑铜、钴、镍和铁等金属的浸出行为；以同步还原过程中产生的焦油为碳前驱逡逑体，合成功能化碳量子点，并应用于大洋锰结核还原焙烧－酸浸液中铁、铜等逡逑离子的分析检测，并实现多金属浸出快速评估。具体研宄内容如下：逡逑（１）分别以无烟煤和锯末为还原剂，在中低温焙烧条件下热解同步还原逡逑大洋锰结核，考察还原剂用量、焙烧温度、焙烧时间、惰性气体流速等因素逡逑对锰还原率的影响，优化热解同步还原条件。通过分析大洋锰结核原矿、焙逡逑烧产物和焙烧－酸浸产物ＳＥＭ－ＥＤＳ图谱，探宄大洋锰结核中锰、铜、钴、镍、逡逑铁等有价元素浸出规律。逡逑（２）分析锯末和无烟煤的热解特性，建立热解温度区间动力学方程并计逡逑

大洋锰结核酸浸扶速检测逡逑液中金属离子〈逦１功能化碳量子点逡逑图３－１技术路线逡逑３．３研究内容逡逑以大洋锰结核为试验原料，锯末为还原剂，优化热解同步还原条件，探逡逑宄锯末热解同步还原锰结核机理；考察在不同还原条件下，大洋锰结核中锰、逡逑铜、钴、镍和铁等金属的浸出行为；以同步还原过程中产生的焦油为碳前驱逡逑体，合成功能化碳量子点，并应用于大洋锰结核还原焙烧－酸浸液中铁、铜等逡逑离子的分析检测，并实现多金属浸出快速评估。具体研宄内容如下：逡逑（１）

量测

本文编号：2766999