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废旧锌锰电池生物浸提液制备锰锌软磁材料的质量控制及关键技术

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废旧锌锰电池生物浸提液制备锰锌软磁材料的质量控制及关键技术

作者：田炳阳北京理工大学

学位级别：硕士

随着人们生活方式的逐渐改变,能源的种类也逐渐转向了更为清洁、廉价的电能。这就促进了电池的开发和利用,进而废旧电池的数量也在急剧增长。如不对这些废旧电池采取有效的处理措施,一方面将会造成大量金属资源的浪费,另一方面将会污染... 详细信息

随着人们生活方式的逐渐改变,能源的种类也逐渐转向了更为清洁、廉价的电能。这就促进了电池的开发和利用,进而废旧电池的数量也在急剧增长。如不对这些废旧电池采取有效的处理措施,一方面将会造成大量金属资源的浪费,另一方面将会污染人们周边的生存环境,危及人们的身体健康。本研究是通过利用生物淋滤的方法将废旧锌锰电池中的金属离子浸提出来,再通过将生物浸提的优化提纯,制备成高纯度,高磁性的锰锌软磁材料。对废旧锌锰电池生物浸提液的分析,采用了三维荧光光谱法,并结合纯嗜酸菌液的特性重新定义了荧光区域划分,通过该方法能够更加快速准确的分析生物浸提液的成份和生物浸提过程的机理分析。对后续的生物浸提液提纯和共沉淀热力学分析提供理论支持。废旧锌锰电池生物浸提的优化提纯,采用了两步除杂的方法去除了浸提液中的钙、镁、铝、硅杂质。又将制备完成的锰锌软磁材料MnZnFeO进行稀硝酸的洗涤净化,最终成品中钙、镁、铝、硅杂质含量分别控制在0.0063、0.0057、0.0000、0.0052 wt/%。将该材料通过XRD、SEM、TEM、VSM等仪器的分析,纯化后的MnZnFeO结晶度更高,颗粒尺寸均一,分散性好,饱和磁化强度为81.613 emu/g。未进行优化提纯制备的MnZnFeO的饱和磁化强度仅为64.115 emu/g。将纯化后的锰锌软磁材料做进一步的优化改良,通过将MnZnFeO负载到4A沸石和脱硫脱硝废催化剂上改进材料的吸附性和光催化性。通过对比,复合材料吸附亚甲基蓝的实验中,不同的负载比例中吸附性能最强的是4A zeolite1.0@MnZnFeO,其饱和吸附量为23.57 mg/g,并且该复合材料吸附亚甲基蓝的过程符合准二级动力学方程和Langmuir吸附热力学模型。脱硫脱硝废催化剂上负载MnZnFeO的复合材料用于在可见光下光催化降解亚甲基蓝。对比中发现,未烧结处理的脱硫脱硝废催化剂的复合材料光催化性能一般,1000℃烧结处理后的废催化剂的复合材料光催化性能最强,同条件下,光降解率为97.83%。其材料的本身为金红石相的二氧化钛上负载,并且该复合材料多次循环光催化的降解率能够达到80%以上。

关键词：废旧锌锰电池生物浸提液优化提纯光催化

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生物沥浸含锰烟粉尘中的锰及其浸出机理研究

环境污染与防治 2023年第2期45卷 151-156页

作者：崔延超田炳阳贾纯友褚会超王佳辛宝平北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京理工大学材料学院北京100081

含锰烟粉尘是钢铁行业产生的一类含有锰、锌、铅和硅等元素的工业固废,既存在一定的环境风险,又具有潜在的资源回收价值。对含锰烟粉尘分别用生物酸和无机酸进行沥浸,分析锰的浸出机理,进一步通过响应面法确定生物酸沥浸锰的最佳工艺条... 详细信息

含锰烟粉尘是钢铁行业产生的一类含有锰、锌、铅和硅等元素的工业固废,既存在一定的环境风险,又具有潜在的资源回收价值。对含锰烟粉尘分别用生物酸和无机酸进行沥浸,分析锰的浸出机理,进一步通过响应面法确定生物酸沥浸锰的最佳工艺条件。结果表明,锰的浸出机理为酸溶和生物酸还原的复合机理,生物酸中的还原性物质和沥浸过程中产生的Fe^(2+)能够将高价锰还原为Mn^(2+),使生物酸体系锰的浸出率比无机酸体系高。生物酸浸出锰的最佳工艺条件:固液比为1.22 g∶100 mL,初始pH为0.81,温度为29.14℃,转速为152.29 r/min,此条件下实际锰浸出率为76.51%。

关键词：生物沥浸含锰烟粉尘机理分析响应面优化浸出率

EPS在生物沥浸废催化剂过程中作用研究进展

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应用化工 2023年第8期52卷 2381-2386页

作者：邵馨萱崔延超褚会超田炳阳王佳辛宝平北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 鞍钢集团北京研究院北京102299 北京有色金属研究总院北京100088 北京理工大学材料学院北京100081

综述了废催化剂处理技术的研究现状,分析了废催化剂稀贵金属/有价金属回收的常规工艺及主要问题,介绍了废催化剂中有价金属的生物沥浸技术及废催化剂脱毒残渣建材化利用适用性分析,评价了废催化剂处理处置技术前景。总结了胞外多聚物(E... 详细信息

综述了废催化剂处理技术的研究现状,分析了废催化剂稀贵金属/有价金属回收的常规工艺及主要问题,介绍了废催化剂中有价金属的生物沥浸技术及废催化剂脱毒残渣建材化利用适用性分析,评价了废催化剂处理处置技术前景。总结了胞外多聚物(EPS)的提取和分析方法、EPS的组成及特性、EPS在生物沥浸中的作用以及EPS在生物沥浸中的作用分子生物学研究。

关键词：废催化剂生物沥浸胞外多聚物

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电镀污泥生物沥浸渣制备陶粒

应用化工 2023年第5期52卷 1357-1361页

作者：崔延超田炳阳陈小慧邵馨萱王佳辛宝平北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京有色金属研究总院北京100088 有研资源环境技术研究院有限公司北京101407 北京理工大学材料学院北京100081

生物沥浸是处理电镀污泥中金属的高效方法;建材化利用是其进行减量化和资源化的处置方法。电镀污泥生物沥浸后的残渣进行水洗,与页岩掺料混合后造粒,并烧制成陶粒,检测陶粒产品的各项物理性能及浸出毒性。结果表明,在页岩陶粒中检测出... 详细信息

生物沥浸是处理电镀污泥中金属的高效方法;建材化利用是其进行减量化和资源化的处置方法。电镀污泥生物沥浸后的残渣进行水洗,与页岩掺料混合后造粒,并烧制成陶粒,检测陶粒产品的各项物理性能及浸出毒性。结果表明,在页岩陶粒中检测出了莫来石、硅酸钙等晶体物质,但随着生物沥浸渣比例的上升,硫酸钙的衍射峰逐渐增强。5种配比下的页岩陶粒均能够达到陶粒产品的合格要求,浸出液中重金属浓度远低于国标限值,甚至未检测出,能作为建材行业的普通粗轻集料使用。

关键词：电镀污泥生物沥浸渣陶粒基本性能毒性浸出

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化学—生物两段浸出锰烟尘中的锰

环境污染与防治 2023年第6期45卷 791-795页

作者：崔延超田炳阳李志华褚会超王旭王佳辛宝平北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京理工大学材料学院北京100081

单一的化学沥浸或者生物沥浸达不到目标金属高效浸出的效果,所以需要考虑两种工艺结合的方式。第一段用化学酸对锰烟尘进行化学沥浸,然后第二段用生物酸对化学沥浸渣进行生物沥浸,对比原样和沥浸渣中锰的赋存形态和浸出液中锰的含量,得... 详细信息

单一的化学沥浸或者生物沥浸达不到目标金属高效浸出的效果,所以需要考虑两种工艺结合的方式。第一段用化学酸对锰烟尘进行化学沥浸,然后第二段用生物酸对化学沥浸渣进行生物沥浸,对比原样和沥浸渣中锰的赋存形态和浸出液中锰的含量,得到化学—生物沥浸的机理。结果表明:固液比10 g∶100 mL、pH 0.8、温度35℃、转速135 r/min的条件下,第一段化学沥浸锰的浸出率为67.36%;第二段生物沥浸锰的浸出率为22.45%,化学—生物两段整体锰浸出率为89.81%。

关键词：涉重危废锰烟尘化学沥浸生物沥浸两段浸出浸出率

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利用电镀污泥的生物淋滤液制备锰锌铁氧体

应用化工 2022年第6期51卷 1540-1547页

作者：李志华田炳阳崔延超赵伟旭温灵凯王佳辛宝平北京理工大学材料学院北京100081

对吉林某厂产生的4种电镀污泥(1#、2#、3#、4#)进行预处理、消解、BCR连续萃取、XRD、SEM、TEM的分析表征,确定目标金属均为Mn、Ni、Cu、Zn、Co。将4种污泥按质量比等量混匀后生物淋滤。在非接触生物淋滤下的最优浸出条件为:初始pH=1.0... 详细信息

对吉林某厂产生的4种电镀污泥(1#、2#、3#、4#)进行预处理、消解、BCR连续萃取、XRD、SEM、TEM的分析表征,确定目标金属均为Mn、Ni、Cu、Zn、Co。将4种污泥按质量比等量混匀后生物淋滤。在非接触生物淋滤下的最优浸出条件为:初始pH=1.0,固液比10%,转速120 r/min,在该条件下,Mn、Ni、Cu、Zn均能100%浸出。收集生物淋滤液,以氨水作沉淀剂,利用水热法将淋滤液中的金属离子制备成了立方形,球形,颗粒大小均一,尺寸10~30 nm左右,饱和磁化强度60.115 emu/g的高性能Mn_(0.6)Zn_(0.4)Fe_(2)O_(4)软磁材料。

关键词：电镀污泥生物淋滤循环富集锰锌铁氧体

涉重危废中有价金属的生物浸提回收及脱毒残渣的建材化利用

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应用化工 2023年第3期52卷 864-867,873页

作者：崔延超王佳李惠民张明顺葛亚军田炳阳辛宝平北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京首创环境科技有限公司北京100028 北京理工大学材料学院北京100081

综述了涉重危废处理技术的研究现状,分析了涉重危废有价金属回收的常规工艺及主要问题,介绍了涉重危废中有价金属的生物沥浸技术及涉重危废脱毒残渣建材化利用适用性分析,评价了涉重危废处理处置技术前景。总结了针对各类涉重危废,回收... 详细信息

综述了涉重危废处理技术的研究现状,分析了涉重危废有价金属回收的常规工艺及主要问题,介绍了涉重危废中有价金属的生物沥浸技术及涉重危废脱毒残渣建材化利用适用性分析,评价了涉重危废处理处置技术前景。总结了针对各类涉重危废,回收稀贵/有价金属,去除剧毒/有毒金属,减低/消除脱毒残渣的建材化利用风险,实现涉重危废的资源回收、循环利用、(近)零排放的技术路线。

关键词：涉重危废有价金属生物沥浸建材化

基于生物浸提技术的钴白合金中铜和钴的浸出效果及浸出机理

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环境工程学报 2021年第5期15卷 1679-1687页

作者：赵伟旭田炳阳郭献军李志华苗雅慧张世豪王佳辛宝平烟台大学环境与材料工程学院烟台264005 北京理工大学材料学院北京100081

钴白合金是铜钴矿深加工过程中的副产物,其中的钴、铜等金属资源具有较高的回收价值。利用3种混合菌体系(At、Af、Lf)浸提钴白合金中的铜和钴,考察了在不同固液比下非接触和接触浸提铜和钴的浸出率并对其浸出机理进行了探究。在非接触浸... 详细信息

钴白合金是铜钴矿深加工过程中的副产物,其中的钴、铜等金属资源具有较高的回收价值。利用3种混合菌体系(At、Af、Lf)浸提钴白合金中的铜和钴,考察了在不同固液比下非接触和接触浸提铜和钴的浸出率并对其浸出机理进行了探究。在非接触浸出1%固液比下,钴的浸出率为100%,浸出浓度为1356.14 mg·L^(-1),铜的浸出率为77.42%,浸出浓度为837.19 mg·L^(-1);在该固液比下循环浸出10次,浸出液中铜和钴的质量浓度分别富集到了7358.67和12877.25 mg·L^(-1)。在接触浸出4%固液比下,浸出5 d,钴100%浸出,铜基本留存在残渣中。通过对比生物淋滤中的接触浸出和非接触浸出实验的浸出渣中铜和钴的赋存形态可知,钴白合金中钴的浸出机理为生物酸的直接作用,铜的浸出机理为生物酸和Fe3+的共同作用。而在有细菌参与的浸出体系内,存在着铜的浸出消耗导致Fe3+转化成Fe2+和细菌又将Fe2+转化成Fe3+的循环。利用生物浸出循环富集工艺,可高效回收钴白合金中的铜和钴。

关键词：生物淋滤钴白合金循环富集毒性浸出分步浸提

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硫酸盐还原菌在酸性矿山废水处理中的应用

应用化工 2021年第11期50卷 3074-3078,3086页

作者：苗雅慧祁诗月陈吉王佳田炳阳辛宝平北京理工大学材料学院北京100081

综述了酸性矿山废水的产生、危害和当前对酸性矿山废水(AMD)的处理方法,重点介绍了应用硫酸盐还原菌(SRB)处理酸性矿山废水的研究进展(厌氧生物反应器技术、联合处理技术、微生物固定化技术以及微生物原位处理技术)。利用硫酸盐还原菌... 详细信息

综述了酸性矿山废水的产生、危害和当前对酸性矿山废水(AMD)的处理方法,重点介绍了应用硫酸盐还原菌(SRB)处理酸性矿山废水的研究进展(厌氧生物反应器技术、联合处理技术、微生物固定化技术以及微生物原位处理技术)。利用硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水是很有潜力的处理方法,具有成本低、可去除重金属离子且无二次污染的优点。在应用过程中,酸性矿山废水pH值较低的特点使得普通微生物无法生存,可通过驯化SRB使其具有更低的pH耐受值或者分离嗜酸性aSRB,或应用生物H_(2)S处理酸性矿山废水,使得在脱除重金属的同时能够实现污酸的回用。

关键词：硫酸盐还原菌酸性矿山废水重金属生物反应器