酚羟基功能吸附材料回收锗的研究

作     者：向鸿锐 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闵小波;赵飞平

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：锗 磁性纳米Fe3O4 壳聚糖 酚羟基 选择性高效回收 

摘      要：锗是一种非常有前途的工业原材料和半导体金属,目前主要应用于光伏、芯片等产业中。锗的生产主要来源于铅锌冶炼过程中副产品的提炼,在锌浸出液中常与Zn、Cu、Fe等金属阳离子和F、Cl等阴离子共存。针对传统铅锌冶炼行业中锗回收技术污染重、能耗高、选择性回收不理想的问题,本论文基于多配体酚羟基对Ge(IV)优异的选择性和理想的空间效应,提出了一种酚羟基功能改性策略。首先制备了酚羟基包覆改性磁性纳米氧化铁(FeO@PHG)和酚羟基接枝改性壳聚糖(PHG-CS)两种功能吸附材料,表征了材料的理化性质和形貌结构,探究了Ge(IV)的吸附动力学、等温线及其它吸附参数实验。通过调控酚羟基结构实现了活性位点的高效利用,揭示了酚羟基改性材料对Ge(IV)的吸附回收机制。最后考察了在实际的锌浸出液中PHG-CS对Ge(IV)的吸附回收效果,表明其具有潜在的实际应用前景。主要的研究结果如下:(1)通过多巴胺自聚法制备了FeO@PHG,直径为8-10 nm的球形FeO表面形成一层轻薄的聚多巴胺纳米衣,其负载量为37.1wt.%。FeO@PHG对Ge(Ⅳ)的吸附最佳pH为6,吸附在200 min基本达到平衡,最大吸附容量为25.35 mg/g。吸附行为符合准二级动力学和Sips等温线模型,吸附速率常数为1.029×10g/mg min,Sips系数N为1.86,表明化学吸附过程主要控制其吸附速率,FeO@PHG的表面是异质吸附,存在多种位点的吸附作用。(2)通过化学介导法制备了PHG-CS,酚羟基成功接枝在壳聚糖的长链上,滴定得酚羟基含量为2.04 mmol/g。合成的PHG-CS为疏松的海绵状,随着接枝物酚羟基数量的增加,材料的水接触角逐渐从82.9°降低至18.8°。吸附实验结果表明,PHG-CS对Ge(Ⅳ)的吸附最适宜pH为3,最大吸附容量为28.34 mg/g,其吸附行为符合准二级动力学和Langmuir吸附等温线模型,吸附速率常数为1.525×10g/mg min,分配系数K为0.2 L/mg,表明化学吸附过程主要控制其吸附速率,且吸附是单层均质吸附。(3)研究了竞争金属阳离子和干扰阴离子赋存的情况下,PHG-CS对溶液中Ge(Ⅳ)的选择吸附性能。结果表明,Ge(Ⅳ)与其他金属阳离子(Zn(II)、Cu(II)、Fe(III))浓度比1:10条件下,其分离常数Sel、Sel、Sel的值分别为2.37、1.38、0.61,表明PHG-CS对Zn(II)、Cu(II)分离效果较好。同时,在干扰阴离子(F、Cl、SO)浓度小于1 m M条件下,PHG-CS对Ge(Ⅳ)的吸附效率达60%。由于具有多配体酚羟基的PHG-CS的空间效应更加理想,通过双齿六配位螯合作用实现对Ge(Ⅳ)的吸附回收。基于该特性,后续材料的开发可通过酚羟基修饰策略增强对Ge(Ⅳ)的吸附效能。(4)研究了PHG-CS对实际锌浸出液中锗的吸附回收效果。在pH～2,投加量15 g/L,吸附时间8 h时,PHG-CS对Zn(II)、Cu(II)、Fe(III)和Ge(Ⅳ)的吸附率分别为4.6%、6.2%、20.7%和63.5%。表明PHG-CS在高酸度、高浓度多金属共存的锌浸出液中对Ge(Ⅳ)吸附回收具有优越性,展现了其在实际锌浸出液中回收Ge(Ⅳ)的应用潜力。图48幅,表11个,参考文献143篇