废旧电池溶胶—凝胶—水热耦合法制备Mn-Zn铁氧体的研究

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随着经济的快速发展,人们对电池的需求量急剧增加。大量的废旧电池丢弃后,其中的锰、锌、铅等重金属会严重污染土壤和水体。另一方面,废旧电池中含有的大量的铁、锌、锰等元素都是非常宝贵的金属资源,具有很高的经济价值。如果把废旧电池随意丢弃,不仅会严重污染环境,还会造成宝贵的资源浪费。如果利用废旧电池为原料来制备高附加值的产品,不仅具有重要的环保意义,还能产生良好的经济效益。由于在废旧锌锰电池中锌和锰两种金属元素占了绝大部分,因此进行了以废旧锌锰电池为原料,制备具有尖晶石结构的锰锌铁氧体的研究。本文以硝酸溶解废旧碱性锌锰电池所得的溶液为原料,在水热方法基础上,与溶胶-凝胶法进行耦合,制备出了具有尖晶石结构的锰锌铁氧体。经XRD、IR对所得锰锌铁氧体的晶型进行了确证,并利用VSM测试了锰锌铁氧体的磁性能,探讨了不同制备条件对锰锌铁氧体结构和性能的影响。并且在得到溶胶-凝胶-水热耦合法制备锰锌铁氧体的最佳工艺条件后,利用废旧电池中原本含有的铜、铅等重金属对锰锌铁氧体进行化学掺杂。研究结果表明,采用溶胶-凝胶与水热法进行耦合的方法制备锰锌铁氧体的最佳工艺条件为,水热反应温度200℃,NaOH的浓度为4mol/L,水热反应时间为4h。利用铜、铅等金属对锰锌铁氧体进行化学掺杂,纳米晶锰锌铁氧体的尖晶石结构并没有改变,金属元素不同,掺杂量不同,对锰锌铁氧体的性能影响也不同。本文的创新点是:首次采用溶胶-凝胶与水热耦合的方法,以废旧锌锰电池为原料,制备出了性能优良的锰锌铁氧体。讨论了不同的反应条件对产物性能的影响,并研究了不同元素、不同掺杂量对锰锌铁氧体性能的影响。本文在研究回收处理废旧锌锰电池时,还考虑了利用废旧电池中含量较少的铜、铅等金属元素对锰锌铁氧体进行化学掺杂,减少了废旧电池处理中回收铜、铅等含量较少的重金属的工艺过程,改良了锰锌铁氧体的磁性能,为回收处理废旧电池提供了一种新的方法和思路,得到了有益的基础数据,对保护环境和废旧电池资源化具有重要的意义。
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