磁性Z型MnZnFe2O4@Ag3PO4异质结的构建及光催化活性研究

Ag₃PO₄光催化剂具有良好的可见光催化活性,但存在易光腐蚀和使用后回收难的的问题.本研究以废电池获得的磁性MnZnFe₂O₄作为载体,通过蛋清辅助水热原位沉积构建了Z型MnZnFe₂O₄@Ag₃PO₄异质结.采用X-射线衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射、价带能谱、磁滞回线等测试手段,对不同Ag₃PO₄含量(10%～30%)异质结的物相结构、微观形貌、光学及磁学性能进行了分析表征.考察了制备材料对模型污染物四环素(TC)光催化降解的活性.利用原位X射线光电子能谱分析(ISI-XPS)、电子自旋共振(EPR)和自由基淬灭试验探讨了异质结光催化降解机理.结果表明,MnZnFe₂O₄的介入拓宽了异质结的光谱响应范围和比表面积,Z型异质结提高了光生载流子的寿命和氧化还原反应活性.优化的MnZnFe₂O_4<...     

废旧锌锰电池生物淋滤-水热法制备纳米锰锌铁氧体

以氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)和氧化亚铁钩端螺旋菌(L.ferrooxidans)为混合淋滤菌株对废旧锌锰电池进行了生物浸提,并以获取的淋滤液为前驱体,采用水热法制备出系列锰锌铁氧体软磁材料(Mn_(1-x)Zn_xFe_2O_4,x=0.2~0.8);结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱(SEMEDX)、振动样品磁强计(VSM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、热重-差热分析(TG-DTA)等表征手段对制备材料的结构、形貌、磁学性能和稳定性进行分析.结果表明,在5%固液比(质量体积比,5 g/100 mL,以下均表述为"5%固液比")下,经过5 d的外源酸调控生物浸提,分别获得了84.5%、63.2%的Zn、Mn浸出效率;当Zn∶Mn∶Fe=0.4∶0.6∶2.0(物质的量比,即x=0.4)时,制备的纳米级Mn_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4性能最优,属纯相的立方尖晶石结构,颗粒分布均匀,饱和磁化强度(M_s)、剩余磁化强度(M_r)和矫顽力(H_c)分别为68.9 emu·g~(-1)、4.7 emu·g~(-1)和53.6 Oe,具有热稳定性和耐酸碱性,有望成为一种新型的水处理磁性材料.     

废旧锌锰电池锌锰元素的分析表征

为了解废旧锌锰电池的锌锰元素特征,以废旧碱性(A-A)和酸性(Zn-C)电池为研究对象,采用化学分析、BCR连续萃取技术、SEM-EDS和XRD等手段对拆分的电池正、负电极材料中的锌锰元素进行了分析表征.实验表明:废旧碱性(A-A)电池中Mn、Zn分别占到正极材料质量的49.2%、10.3%,以Zn Mn2O4四方体锌锰矿结构晶体存在;Zn占负极材料的52.5%,以Zn O晶体存在;废旧酸性(Zn-C)电池混合电解质中,Mn、Zn各占41.8%和25.2%,分别以Zn Mn2O4、Mn O2、Zn5(OH)8Cl2·H2O和Zn(NH3)2Cl2等晶体存在.BCR处理结果显示,A-A电池正极和Zn-C电池混合电解质中,Mn主要为残渣态较难酸释,而A-A电池负极中的Zn易于回收.     

新型球形介孔锰锌铁氧体的制备、表征及对亚甲基蓝的吸附特性

以废旧锌锰电池生物浸提液为前驱体、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构导向剂,采用水热法制备了一种新型球形介孔锰锌铁氧体(P-MZF).同时,利用扫描电镜(SEM)、比表面积(S_(BET))、X-射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)和磁滞回线(VSM)等表征分析了制备的材料,并研究了其对亚甲基蓝(MB)的吸附特性.结果表明,相比于无PVP制备的样品,P-MZF的比表面积S_(BET)(126.7 m~2·g~(-1))、活性点位的增加大幅提升了对MB的化学吸附能力;吸附动力学和热力学分析表明,Pseudo second-order和Langmuir模型适合描述其对MB的吸附行为.此外,经过5次循环吸附-醇洗再生,P-MZF对MB的吸附效率仍可维持在93%以上.制备的P-MZF具有高吸附和磁回收简便的优点.     

超声辅助生物淋滤废旧Zn-C电池锌锰溶出的研究

以氧化硫硫杆菌(A.thiooxidans)为淋滤菌株对废旧Zn-C电池电极材料中的Zn、Mn进行了生物浸提,比较研究了化学浸提、生物淋滤和不同超声辅助方法生物淋滤体系下的Zn、Mn的溶出效率及溶出动力学.结果表明:不同超声辅助方法中,超声+生物淋滤体系Zn、Mn溶出最优,Zn、Mn的最大溶出率分别为94.2%和65.5%,并提高了溶释速率.此外,对于Mn的溶出,化学淋滤体系符合边界层扩散控制模型,生物淋滤和超声+生物淋滤体系符合收缩核Stoke's regime模型,而Zn的溶出均符合化学反应控制模型.     

废电池-污泥吸附剂的优化制备及对Cr(Ⅵ)的吸附特性

以污水处理厂污泥为原料、废电池电极材料和ZnCl2为活化剂,耦合活化制备废电池-污泥吸附剂。利用筛选实验设计中Plackett-Burman和响应曲面法中Box-Behnken实验联用得出优化条件,3次平行实验验证得到制备的最优吸附剂碘吸附值和得率平均分别为474mg/g、44.8%。Cr(Ⅵ)吸附表明,Langmuir吸附等温模型(R2=0.995 3)和准二级动力学模型(R2=0.999 8)更适合描述该最优吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附行为。     

废旧Zn-C电池-活性污泥炭的制备及对SO_2的吸附

以污水厂二次污泥为主要原料,掺杂不同量的废旧Zn-C电池电极材料,采用Zn Cl2活化法制备出废旧Zn-C电池-活性污泥炭,表征分析污泥炭样品的碘吸附值、BET、FT-IR、SEM-EDS和XRD,并进行了低浓度SO2气体动态吸附试验.试验结果表明,污泥与电池粉末质量比为3∶1时,污泥炭的碘吸附值和比表面积分别达到750.6 mg·g-1和708.5 m2·g-1,优于纯污泥炭;回归分析表明,污泥炭吸附低浓度SO2的速率可用班厄姆公式描述,吸附平衡表达式可用Freundlih方程、Langmuir等温方程式表达,而Freundlih方程拟和效果更好.     

胞外多聚物在废旧锌锰电池生物浸提中的作用机制

以A.thiooxidans和L.ferrooxidans为浸提菌株,研究其胞外多聚物(EPS)在废旧锌锰电池生物浸提中的作用.通过三维荧光获取了生物浸提中EPS的组成及特征变化,并利用半透膜包覆生物淋滤实验和扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段探讨了菌株及其EPS与电极材料的界面行为.结果表明:EPS促进了菌株与材料的接触,强化了Fe~(3+)/Fe~(2+)的生物循环;EPS总荧光区域积分标准体积(ΦT,n)与锌、锰的溶出效率之间拟合的决定系数分别为0.942和0.981,EPS保有量显著提升了锌、锰浸提效率;废旧锌锰电池溶释是菌株EPS参与下的直接接触浸提及其代谢产物间接浸提的共同结果.     

绿色合成磁性水热炭及对亚甲基蓝的吸附研究

以废旧锂离子电池和果树残枝为原料,采用绿色生物"浸提+水热"即"一锅烩"法,构建一种新型磁性水热炭.利用X-射线衍射(XRD)、比表面测试(BET)、扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)和振动样品磁强计(VSM)等仪器对磁性水热炭进行物相、形貌、结构和磁性特性分析.通过静态吸附试验考察磁性水热炭对亚甲基蓝(MB)的吸附行为,从吸附pH值影响、吸附平衡和吸附动力学方面对吸附过程进行分析,并探讨吸附机理以评估材料寿命.结果表明,磁性水热炭兼备磁性铁氧体特征峰和水热炭特征峰,符合物相设计要求,其中铁氧体质量分数为20％时,材料吸附性能最优,其SBET为15.17 m2/g,饱和磁化强度为10.36 emu/g.当pH=8时,磁性水热炭对MB的吸附效率高达98.6％,吸附动力学过程符合伪二级(PSO)模型,即吸附过程主要由化学吸附控制,其中Langmuir模型适宜于描述吸附平衡,最大吸附容量qe为46.32 mg/g,FT-IR和XPS分析显示,C=C和金属氧化物键(M-O)为MB的主要吸附位点.磁性水热炭经5次循环使用后,材料的物相、微观形貌和磁性特性无显著变化,对MB的吸附效率仍保持在90.3％,表明产品稳定性较好且易于磁分离回收.     

新型磁性Mn0.6Zn0.4Fe2O4@CdS纳米复合光催化剂的制备及其吸附和光催化特性

以两步水(溶剂)热法制备了一种新型磁性Mn_(0.6)Zn_(0.4)Fe_2O_4@CdS纳米复合光催化剂,并采用X-射线衍射(XRD)、比表面(S_(BET))、扫描电镜-能谱(SEM-EDX)、紫外漫反射(UV-vis)、透射电镜(TEM)、磁滞回线(VSM)和价带能谱(VB-XPS)等手段对制备的铁氧体、CdS和复合材料进行了表征分析.结果发现,得到的材料元素含量与设计预期值吻合,纯相晶格参数与理论值匹配较高,特征峰证实复合材料中存在尖晶石铁氧体和CdS晶格;高分辨透射电镜(HR-TEM)分析表明,CdS有效地附着在铁氧体上,且在可见光区发生了红移.利用该材料对亚甲基蓝(MB)进行了暗室吸附和光催化活性的系统研究,结果表明,复合物吸附速率较快,适宜用Langmuir模型描述吸附平衡,最大吸附容量q_(max)高达79.6 mg·g~(-1);在测试的3个样品中,复合物光催化活性最高,经5次重复光催化实验,MB的降解率仍可保留在50%以上,且易磁分离回收;此外,通过自由基和空穴捕获实验、光致发光(PL)和电子顺磁共振(ESR)测试分析提出了MB降解机理.