鍶渣浸提制備鍶磁性催化劑及其催化活性研究.pdf

1、鍶渣是鍶礦經(jīng)浸取后產(chǎn)生的廢渣,由于其工業(yè)排放量大,加之鍶渣長(zhǎng)期大量堆存,會(huì)造成環(huán)境污染和土地資源浪費(fèi),因此如何實(shí)現(xiàn)資源再利用已是亟待解決的問題。當(dāng)前已有鍶渣再利用的試驗(yàn)性探索,如提取氯化鍶、用于鋪路、用作水泥摻合料等低層次利用,而從鍶渣中回收有用成分實(shí)現(xiàn)資源再利用相對(duì)較少。因此,將鍶渣中的有用成分進(jìn)行綜合利用,不但能克服其帶來(lái)的環(huán)境問題,而且可減少資源浪費(fèi),是解決鍶渣堆存而引起次生環(huán)境問題的有效途徑。
　　固體催化劑,如固體酸催化

2、劑和光催化劑,在參與反應(yīng)后的分離回收工藝復(fù)雜,且很可能因催化劑的回收不徹底導(dǎo)致次生污染。磁性固體催化劑在外加磁體作用下,容易實(shí)現(xiàn)與反應(yīng)溶液的徹底分離,從而解決上述困難。目前,磁性催化劑多以Fe3O4、CoFe2O4和NiFe2O4等軟磁性材料為磁性基體。這類磁性材料,剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力較低,因此以此類磁性材料為磁性基體的磁性催化劑,抗退磁能力較弱,不利于催化劑的分離和重復(fù)使用,有違設(shè)計(jì)制備磁性催化劑的最初理念,即易分離和多次重復(fù)利用。

3、
　　基于上述問題,本文從鍶渣綜合利用的角度出發(fā),從中提取制備磁學(xué)性能優(yōu)異的磁性材料SrFe12O19,并以此為磁性基體制備磁性固體酸催化劑和磁性光催化劑;并探索制備磁性催化劑的簡(jiǎn)易方法。
　　通過(guò)正交設(shè)計(jì)和平行實(shí)驗(yàn),采用兩步復(fù)分解法浸提鍶渣中的鍶,并制備SrCO3和SrFe12O19。X射線衍射(XRD)、X射線能譜分析法(EDS)和火焰原子吸收光譜法(FAAS)對(duì)所制備的SrCO3樣品分析,其結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)所制備的碳酸鍶

4、的純度較高,為99.68％;碳酸鍶樣品的平均晶粒尺寸為42.8nm。采用FTIR、XRD、SEM和VSM對(duì)所制備的SrFe12O19樣品進(jìn)行分析,結(jié)果表明:SrFe12O19樣品為結(jié)晶度完整,晶型較好,是具有完整六邊形晶型結(jié)構(gòu)的SrFe12O19,且樣品的磁性能優(yōu)異。采用Langmuir和BET模型對(duì)SrFe12O19樣品的表面積進(jìn)行擬合,結(jié)果顯示,BET模型線性擬合相關(guān)系數(shù)(R2=0.99982)比Langmuir模型線性擬合相關(guān)系數(shù)

5、(R2=0.99499)高,平均相對(duì)誤差小,更適合表征SrFe12O19樣品的比表面積。N2分子在SrFe12O19樣品表面形成吸附層厚度和比壓p/p0的關(guān)系表明,SrFe12O19樣品對(duì)N2的吸附屬于多層吸附。
　　以Co2+摻雜改性鍶鐵氧體,采用一步化學(xué)共沉淀結(jié)合高溫焙燒法制備了復(fù)合磁性材料SrFe12-xCoxO19(x=0~0.3),結(jié)合FTIR、XRD、SEM和VSM對(duì)復(fù)合磁性材料的結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行了表征研究。結(jié)果顯示,

6、Co2+的引入沒有改變M-型鍶鐵氧體的內(nèi)在結(jié)構(gòu);復(fù)合磁性材料的平均晶粒尺寸大小在45-65nm之間;復(fù)合磁性材料包含硬磁相(SrFe12O19)和軟磁相(CoFe2O4);由于Co2+取代4f2晶格點(diǎn)上的Fe3+,Co2+的摻入就可能增大飽和磁化強(qiáng)度,當(dāng)x=0.3時(shí),復(fù)合物的飽和磁化強(qiáng)度最大,為42.5emu/g。
　　以SrFe12O19為磁性基體,采用沉淀包覆結(jié)合浸漬焙燒法分別制備了磁性固體酸催化劑,即SO42-/ZrO2-S

7、rFe12O19和S2O82-/ZrO2-SrFe12O19,結(jié)合FTIR、XRD、BET和VSM對(duì)所制備的磁性固體酸樣品進(jìn)行表征和磁性能研究。將前者用于催化合成乙酸正丁酯;后者用于烏桕油與甲醇的酯交換以揭示它們的催化性能。結(jié)果表明,SrFe12O19的引入提高了介穩(wěn)的、具有較好催化活性的正方晶相t-ZrO2的熱穩(wěn)定性。磁性固體酸的磁學(xué)性能優(yōu)異,飽和磁化強(qiáng)度大于15emu/g,矯頑力大于3800G。此外,重復(fù)利用4次后,產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率都大

8、于60%。
　　以SrFe12O19為磁性基體,采用途徑摻雜共生成和一步共沉淀法分別制備了磁性光催化劑TiO2/SrFe12O19和ZnFe2O4/SrFe12O19,并以光催化降解亞甲基藍(lán)為探針反應(yīng),揭示其光催化活性,結(jié)合FTIR、XRD、SEM、BET和VSM等測(cè)試手段對(duì)所制備的磁性光催化劑的進(jìn)行結(jié)構(gòu)和磁性能的表征研究。催化劑TiO2/SrFe12O19的平均晶粒尺寸在20~30nm之間,其比表面積為44.8m2/g,平均孔徑

9、為7.09nm,屬于介孔磁性材料;飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為12.9emu/g,矯頑力(Hc)為1518.6G,易于磁分離和重復(fù)利用。催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的催化降解脫除率為94.7%,且重復(fù)使用3次,催化降解效率不低于88%。對(duì)于ZnFe2O4/SrFe12O19而言,比表面積為5.11m2/g,平均孔徑為2.07nm;飽和磁化強(qiáng)度為34.95emu/g,矯頑力(Hc)為2254.54G;在可見光下,催化降解亞甲基藍(lán)時(shí),重復(fù)使用四次后,

10、降解率仍超過(guò)70%。此外,途徑摻雜共生成和一步共沉淀法均為制備多相或多功能復(fù)合材料提了供新的、簡(jiǎn)便的方法。
　　以SrFe12O19為磁性基體,采用水解結(jié)合中溫焙燒法制了磁性復(fù)合催化劑Bi2O3/SrFe12O19。XRD研究表明SrFe12O19的引入沒有改變Bi2O3偏好的生長(zhǎng)方向,即[121]晶面方向。微觀形貌研究表明SrFe12O19分布在Bi2O3的表面上,可能形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。磁性測(cè)試研究表明,所制備的Bi2O3/SrFe