废旧锌锰电池生物淋滤液制备锰锌铁氧体及其在水处理中的应用

  近年来,利用锌锰电池合成锰锌铁氧体软磁材料的研究越来越受到人们的关注,常用方法是化学酸浸、氧化及高温煅烧的多步骤工艺,这些工艺都存在着不同程度的能耗、有二次污染的缺点。本文基于自主研发的100 L生物淋滤与材料制备一体化中试设备,采用共沉淀-沸腾回流法,以废旧锌锰电池的生物淋滤液为原料制备Mn0.6Zn0.4Fe2O4锰锌铁氧体。该工艺具有成本低、节约能耗、环境友好等特点。结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、投射电镜（TEM）、震动样品磁强计（VSM）、比表面积分析（BET）等表征手段对样品的结构、形貌及磁学特性进行了分析。结果表明:Mn0.6Zn0.4Fe2O4为纯相的立方尖晶石结构,粒径在20-50nm之间,颗粒分布均匀,比表面积为19.346 m2/g,饱和磁化强度高达97.86 emu/g。作为重金属吸附剂和催化剂具有易于磁分离的优点。将合成的锰锌铁氧体应用于Cd（II）、As（III）、Pb（II）的吸附,考察了pH、吸附剂浓度、温度及吸附时间等因素对吸附效果的影响,并研究了吸附动力学和热力学。结果表明:锰锌铁氧体吸附Cd（II）、As（III）、Pb（II）的效果受pH和温度影响较大,在pH≥5的条件下对Cd（II）、Pb（II）的吸附率达95%以上,在pH=3的条件下对As（III）的吸附率达97%以上;吸附效果随着温度的升高而增加,对三种金属离子的吸附能力顺序为Pb（II）>Cd（II）>As（III）。准二级动力学模型和Langmuir等温模型能够很好的描述整个吸附过程。将合成的锰锌铁氧体应用于亚甲基蓝的光催化降解,并研究了相关机理。结果表明:在可见光条件下锰锌铁氧体能对亚甲基蓝的降解达97%以上;光催化作用在整个降解过程中起主导作用,同时还有类Fenton反应发生。锰锌铁氧体作为光催化剂存在着一定的光腐蚀效应。

 

【学位授予单位】：北京理工大学北京市211工程院校985工程院校

【学位级别】：硕士

【学位授予年份】：2015

【页数】：61 页

 

文章目录

摘要

abstract

第一章 绪论

    1.1 废旧电池处理现状

    1.2 废旧锌锰电池的处理方法

        1.2.1 火法处理

        1.2.2 湿法处理

        1.2.3 生物淋滤

    1.3 锰锌铁氧体软磁材料概述

        1.3.1 锰锌铁氧体的结构

        1.3.2 锰锌铁氧体的磁性来源

        1.3.3 锰锌铁氧体的性质

        1.3.4 锰锌铁氧体的制备方法

    1.4 铁氧体在环境中的应用

        1.4.1 铁氧体作为吸波环境材料的应用

        1.4.2 铁氧体作为吸附剂在环境中的应用

        1.4.3 铁氧体作为载体在环境中的应用

        1.4.4 铁氧体作为催化剂在环境中的应用

    1.5 课题研究的意义和内容

        1.5.1 课题的研究意义

        1.5.2 课题的研究内容

第二章 实验仪器与方法

    2.1 实验仪器及试剂

        2.1.1 实验试剂

        2.1.2 实验仪器

    2.2 锰锌铁氧体的制备

        2.2.1 生物淋滤液的获取

        2.2.2 共沉淀法制备锰锌铁氧体

        2.2.3 合成机理分析

    2.3 吸附性质和光催化性质

        2.3.1 标准溶液的配制

        2.3.2 吸附量及去除率的计算

第三章 生物淋滤液制备锰锌铁氧体软磁材料的性能分析

    3.1 生物淋滤液的表征

    3.2 XRD分析

    3.3 SEM分析

    3.4 TG-DTA分析

    3.5 VSM分析

    3.6 BET分析

    3.7 本章小结

第四章 锰锌铁氧体对重金属的吸附研究

    4.1 耐酸碱性试验

    4.2 Zeta电位的测定

    4.3 锰锌铁氧体对Cd （II）的吸附研究

        4.3.1 pH对Cd （II）吸附的影响

        4.3.2 铁氧体浓度对Cd （II）吸附的影响

        4.3.3 吸附动力学研究

        4.3.4 吸附等温线研究

    4.4 锰锌铁氧体对As（III）的吸附研究

        4.4.1 pH对As（III）吸附的影响

        4.4.2 铁氧体浓度对As（III）吸附的影响

        4.4.3 吸附动力学研究

    4.5 锰锌铁氧体对Pb （II）的吸附研究

        4.5.1 pH对Pb（II）吸附的影响

        4.5.2 铁氧体浓度对Pb（II）吸附的影响

        4.5.3 吸附动力学研究

    4.6 本章小结

第五章 锰锌铁氧体的光催化性研究

    5.1 实验部分

    5.2 实验结果及分析

    5.3 锰锌铁氧体降解亚甲基蓝机理探究

    5.4 本章小结

结论及展望

参考文献

攻读学位期间发表论文与研究成果清单

致谢