当今世界,日益严峻的资源问题和环境问题使得固体废弃物的资源化利用成为研究热点。高炉含锌除尘灰和轧钢污泥是炼钢过程中的副产物,高炉含锌除尘灰含有大量的铁、锌等有价元素,轧钢污泥富含铁等有价元素,具有很高资源禀赋和潜在利用价值。深入研究开发这类二次资源高附加值利用的相关理论和新技术,对节约自然资源、减轻环境压力意义重大。本课题采用酸解的工艺方法,将高炉含锌除尘灰和轧钢污泥的复配尘泥中的有价元素（Zn、Fe、Al、Mn、Mg）转移到酸解液中,经共沉淀法和焙烧步骤得到掺杂型ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合光催化材料。以复配尘泥酸解中元素的浓度数据为依据,采用溶胶-凝胶法利用纯试剂合成了不同掺杂量Al、Mn、Mg各级组合掺杂的α-Fe₂O₃试样,系统研究了尘泥中可用作掺杂元素的Al、Mn、Mg对α-Fe₂O₃的组织结构和光催化性能影响,为优化尘泥制备ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料的工艺参数提供理论基础。首先将不经过焙烧处理的高炉含锌除尘灰和轧钢污泥进行复配酸解得到酸解液,滴定结果表明复配尘泥酸解液中Fe3+浓度为0.4423 mol/L,Zn2+的浓度为0.1027 mol/L,Zn/Fe（摩尔比）=1/4.31≈1/4。用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP）对复配尘泥酸解液中微量目标元素Al、Mn、Mg进行分析,发现其离子摩尔比为1:0.157:0.637。将复配尘泥酸解液合成的前驱体在不同温度下焙烧,对焙烧后获得的产物的性能进行XRD、SEM及光催化降解MB表征。XRD结果表明,随着焙烧温度的升高,样品的结晶度逐渐提高,晶型逐渐完善,成功合成晶型良好且无杂相的ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料。SEM结果表明随着煅烧温度的升高,材料粒度逐渐增大,在600℃时粒径约为24 nm,700℃约为38 nm,当煅烧温度为800℃时,增加到约55 nm,呈现分布均匀的类球形小颗粒。800℃焙烧4 h后的ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃的ICP及EDS分析结果表明,合成的ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料成功掺杂了Al、Mn、Mg元素。不同焙烧温度下所得材料光催化降解MB的实验结果表明,800℃煅烧4 h后的ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃催化效率最高,在180 min内对MB溶液的降解率达到98.08%,催化降解速率最大,k=1.835×10-2 min-1。采用溶胶-凝胶法,利用纯试剂成功制备了掺杂量（掺杂元素与α-Fe₂O₃的摩尔比）为1%、2%、3%、4%和5%的Al、Mn、Mg各级组合掺杂的α-Fe₂O₃。所有试样的XRD结果显示,600℃氧气氛下焙烧4 h制备的不同掺杂量Al、Mn、Mg各级组合掺杂的α-Fe₂O₃试样均为没有杂相的α-Fe₂O₃（PDF#99-0060）,对所有试样的（104）衍射峰放大发现峰位有一定的偏移,表明元素成功掺入α-Fe₂O₃晶格中;SEM结果表明,其微观组织呈板片状,表面粗糙且呈现密集微凸起,晶粒大小和分布不均匀,可见板片碎裂出现空隙,试样的掺杂量对其表面形貌改变不大,但板片颗粒较大,与相同制备工艺条件下制得的未掺杂α-Fe₂O₃形貌基本相同。不同掺杂量Al、Mn、Mg单元、二元和三元掺杂试样的光催化降解MB实验、无偏压瞬态光电流响应测试以及紫外可见漫反射光谱分析表明,不同掺杂量Al、Mn、Mg单元、二元和三元掺杂对α-Fe₂O₃的光催化活性均有一定的影响,按Tauc-Plot方法得到的带隙值可知掺杂改变了α-Fe₂O₃的带隙宽度。在1%⁵%的掺杂范围内:Al的掺杂量尚需进一步优化,Mn掺杂量应低于1%,Mg应控制在4%⁵%左右;Al、Mn共掺杂量宜控制在1%以下,Mn、Mg共掺杂量需进一步优化,Al、Mg共掺杂量宜控制在3%⁴%左右;Al、Mn、Mg三元共掺杂量宜控制在1%以下。实验结果表明,将复配的高炉含锌除尘灰和轧钢污泥为原料成功合成了掺杂型ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃光催化复合材料。Al、Mn、Mg掺杂对α-Fe₂O₃的光催化性能有确定影响。Mg掺杂极大地改善了α-Fe₂O₃光催化活性,Al掺杂没有明显影响,同时Mn掺杂阻碍了α-Fe₂O₃的光催化活性。因此在利用复配尘泥制备Al、Mn、Mg掺杂的ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料时,应注意Al、Mn、Mg元素对材料光催化活性的协同影响,在尘泥材料化过程中要控制Al的掺入量,适当减少Mn的掺入量并适度加大Mg的掺入量,以达到三种元素掺杂协同提高ZnFe₂O₄/α-Fe₂O₃复合材料光催化活性的目的。