盐酸酸洗废液制备纳米铁酸锌及应用基础研究

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盐酸酸洗废液是我国钢铁行业产生的主要废酸液之一,因含有大量的酸、铁离子以及少量的其他重金属离子等而具有较高的危害性,被列为危险废物。传统针对盐酸酸洗废液的处理方法是中和法,但处理后会产生大量的泥渣含有较多的金属盐,同时浪费了废液中的酸,不能合理的利用资源。经过近些年的发展,针对酸洗废液的处理,目前,主要考虑的是将酸洗废液中的酸回收以及将废液中的金属离子资源化利用,包括制备铁系染料和铁系混凝剂。本文通过对盐酸酸洗废液的成分分析后,以特定金属离子回收为目的,将废液进行资源化利用,制备铁系盐材料,达到变废为宝。本文以含锌盐酸酸洗废液为原料,通过采用沉淀法和水热法制备纳米铁酸锌(ZnFe2O4)。将盐酸酸洗废液经预处理后作为制备ZnFe2O4的储备液。通过调整化学反应过程中沉淀药剂、氧化反应过程、煅烧温度等条件探究制备铁酸锌的工艺条件。借助一系列的表征手段(TG-DSC,FTIR,XRD,SEM)对制备的材料进行分析,对比不同制备方法下所得产品的差异,通过对比结果选出最佳制备工艺。结果如下:化学沉淀法制备中,以氢氧化钠溶液作为共沉淀剂所得的前驱体产率更高,高温煅烧制备的产品纯度高、颗粒均匀。通过调整氧化剂投加点,在发生共沉淀前氧化处理滤液中的Fe2+与共沉淀后再氧化所得的产品中,先氧化制备的产品中含有少量的氧化铁和氧化锌杂质,而后氧化的铁酸锌纯度更高;选用草酸钠共沉,滤液呈浅绿色,含有少量的亚铁离子,不能充分利用原液中的金属离子,且浪费了部分草酸钠(反应以Zn:Fe:C2O42-=1:2:3.453.6的摩尔计量称量)等原料,滤液的酸性较强,会产生二次污染。水热法制备的纳米铁酸锌强度更大,铁酸锌的特性更强,但产品的颗粒较大,比表面积相对较小,制备过程中需要在高温高压条件下进行,对实验的反应条件要求严格,且存在一定的危险性。煅烧结果表明,随煅烧温度的增加,铁酸锌的结晶度更高,纯度更高,粒径增大。共沉淀法制备的前驱体在煅烧过程中,在210450℃范围内被快速煅烧分解生成目标产物铁酸锌,在530℃左右煅烧基本结束,500℃左右有明显的放热峰,DSC急剧减小,与热重曲线对应于质量急剧减少的区段,此时的放热是由于铁、锌氢氧化物化学键的断裂和铁酸锌化学键的合成放出的大量的热引起的;煅烧所得的铁酸锌材料粒径在900℃时最大,130 nm左右。水热法制备的铁酸锌出现较严重的毛刺现象,但是衍射峰强度较大,金属氧化物杂质少量存在。草酸钠沉淀法制备的纳米铁酸锌晶体团聚现象较严重,即分散性较差,但草酸根的分解促进了铁酸锌的造孔效果,因此该方法制备的铁酸锌孔隙率较高,但由于颗粒的团聚严重,导致对光的敏感度降低,因此在光催化降解试验中的催化去除效率较低。通过将制备的ZnFe2O4用于基础研究—光催化降解染料废水。实验结果表明,共沉淀法中以750℃煅烧所得铁酸锌的催化剂用量为0.2 g/L时催化效率最高,在20 mg/L的底物浓度下,经60 min的催化反应,其降解率可达到50%以上。单一铁酸锌作为催化剂的实验表明,各种方法制备的铁酸锌的催化效率为:共沉淀法>水热法>草酸钠沉淀法。其可能原因是共沉淀法制备的纯度较高,草酸钠沉淀法制备的团聚严重,不能分散受光照激发光生电子,进而影响了自由基的产生,所以催化效率较低。将铁酸锌与过氧化氢联合降解使用,其催化效率大幅提高,可能原因是铁酸锌与过氧化氢形成类Fenton体系,两者的协同作用光催化效率增强,在20 mg/L的底物浓度、0.2 g/L的催化剂用量时,联合催化光降解效率可达到80%以上。
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