低品位菱锰矿电沉积制备活性二氧化锰及其性能研究

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δ–MnO2具有优异的化学和电化学性能,被广泛应用于电源、催化和吸附等领域。我国锰矿资源丰富,但可直接应用的富矿较少,贫矿却堆积成山,因此研究如何合理、经济有效地利用低品位锰矿,对于解决我国锰资源供求问题以及保证锰类产品行业的可持续发展具有极其重要的现实意义。本文以重庆秀山低品位菱锰矿为原料,采用酸浸法回收Mn,通过电化学法制备δ–MnO2,并探讨其活性。酸浸除杂后,制得MnSO4精制溶液,结果表明:氧化亚铁离子时,化学MnO2的最佳用量为2g;除铁、铝的最佳反应时间为1h,最佳温度为85℃。以精制的MnSO4溶液为原料,在恒压恒温下电沉积制备δ–MnO2,并用XRD、XPS、IR、N2吸附和SEM等手段对样品进行表征和分析,得到如下结果:合成δ–MnO2的最优条件为:Mn︰K为1︰20,电压为2.0V;所得δ–MnO2的层间距为0.75nm;产品纯度高;表面富含–OH;形貌均一,呈片状分布;比表面积高达138.66m2/g,平均孔径为7.4nm,属于中孔材料。δ–MnO2对亚甲基蓝的脱色率较高,在0.5h内达到95%,将δ–MnO2回收利用4次,发现脱色率逐渐降低,但最终仍能达到55%左右。另外,反应溶液的特征吸收峰发生了迁移,且存在游离Mn,证明了δ–MnO2与亚甲基蓝之间存在电荷转移现象。亚甲基蓝的脱色率随δ–MnO2投入量的增加而呈上升趋势,反之,则呈下降趋势。酸性条件下,δ–MnO2对亚甲基蓝的脱色率都能达到90%以上。而在碱性条件下亚甲基蓝的脱色率都很低,当pH=8和pH=10时,1h内脱色率分别只达到了39%和17%。亚甲基蓝的氧化反应的速率随着反应初始浓度的增加而增加,且该反应符合Langmuir-Hinshelwood动力学方程,其速率常数为1.98mg/L﹒min,吸附常数为0.79L/mg。δ–MnO2对垃圾渗滤液的COD去除率为42%,说明其具有较好的应用价值。
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(沈魚摘自新浪微博“少女兔”ID:iiilass)
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