CN110759386A - 一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 - Google Patents
一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110759386A CN110759386A CN201911170938.7A CN201911170938A CN110759386A CN 110759386 A CN110759386 A CN 110759386A CN 201911170938 A CN201911170938 A CN 201911170938A CN 110759386 A CN110759386 A CN 110759386A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron
- solution
- iron tailings
- preparation
- photocatalytic material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 241
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 50
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 20
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 18
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 11
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 9
- STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M methyl orange Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-GEEYTBSJSA-M 0.000 claims abstract description 9
- 229940012189 methyl orange Drugs 0.000 claims abstract description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 30
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 13
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 4
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims description 3
- BIGPRXCJEDHCLP-UHFFFAOYSA-N ammonium bisulfate Chemical compound [NH4+].OS([O-])(=O)=O BIGPRXCJEDHCLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 24
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 10
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 9
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 7
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 7
- STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-[[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl]benzenesulfonate Chemical compound [Na+].C1=CC(N(C)C)=CC=C1N=NC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 STZCRXQWRGQSJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 5
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 4
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L magnesium chloride Substances [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000003516 soil conditioner Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
- 229910003145 α-Fe2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/06—Ferric oxide (Fe2O3)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- B01J35/39—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Abstract
本发明提供一种铁尾矿为原料的α‑Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1：铁元素提取，将铁尾矿破碎、研磨成矿粉后，处理获得含铁盐溶液；步骤2：氧化，在50～500r/min的搅拌速率下，向盐溶液中滴加过氧化氢，氧化反应10～60min；步骤3：中和沉淀，在15～50℃和搅拌速率为50～500r/min的条件下，向氧化后的溶液中滴加氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH达到3.5～4.5且稳定时，继续搅拌反应10～120min后，过滤得到滤液和前驱体；步骤4：煅烧制备α‑Fe2O3。本发明实现了工业固体废弃物的高附加值综合利用；制备过程简单、安全、易操作；反应过程温度低，能耗低，经济成本低；铁的利用率高，制得产物性能好，可降解水中90％以上的甲基橙和亚甲基蓝。
Description
技术领域
本发明属于固废利用的技术领域，尤其涉及一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法及其在光催化降解甲基橙中的应用。
背景技术
铁尾矿是铁矿厂开采出的矿石，经过破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选或氰化等工艺，选出有用铁等金属后剩余的废弃物。我国矿产资源开发总规模居于世界前列。但选矿业兴起之初，受技术水平的限制，大量的尾矿通常采用最简单的堆填处置，排弃的尾矿占用了大量土地，耗费大量尾矿库建设和维护资金，同时带来了严重的矿山环境问题，甚至导致各种安全事故的发生。
铁尾矿虽然是经过多重筛选而剩下的废弃物，但其中仍含有大量有价值的成分，其作为二次资源的综合利用是实现矿业可持续发展的重要途径。许多发达国家把实现无废料矿山作为开发目标之一，把尾矿资源的综合利用程度视为衡量一个国家科技水平和经济发达程度的标志之一。
国内外对铁尾矿的处理主要通过铁尾矿再选、用于建筑材料的原材料和公路基层填料、水泥生料、制作肥料、矿山堆充、尾矿库的堆存、磁化尾矿做土壤改良剂以及对尾矿库复垦和建立生态区等方法，但其效果并不理想，且附加值低。
目前，铁尾矿中硅的回收方法已得到广泛的研究，但针对铁的回收研究较少，主要集中于盐酸浸出法、深度还原法、萃取法等，但其经济收益并不理想。
α-Fe2O3纳米材料具有n型导电性，窄带隙能(Eg＝2.0-2.2eV)，耐腐蚀，生物相容性好，无毒，环境友好等优异的物理和化学性能，并且能够直接利用太阳光谱大部分可见光进行光催化反应，在光催化领域备受青睐。
随着工业化进程的深入，我国含有有机污染物的工业废水排放量显著增加，同时由于我国早期“先污染，后治理”道路的深刻影响，水污染治理任重而道远。就各种处理废水技术而言，光催化降解废水中的有机污染物，由于其操作简单，而且降解程度完全，而被认为是最有效的废水处理技术之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种以铁尾矿为原料制备α-Fe2O3纳米光催化材料的方法，为铁尾矿的综合利用提供新的途径，同时为工业废水的净化提供一种成本低，效果好，简单易操作的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：铁元素提取
将铁尾矿破碎、研磨成矿粉后，处理获得含铁盐溶液；
步骤2：氧化
室温下，在50～500r/min的搅拌速率下，向盐溶液中滴加过氧化氢进行氧化反应，滴加完成后继续搅拌氧化反应为10～60min；
步骤3：中和沉淀
在15～50℃和搅拌速率为50～500r/min的条件下，以2～10ml/min的速率向氧化后的溶液中滴加浓度为0.1～3mol/mL的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH达到3.5～4.5且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应10～120min后，过滤得到滤液和前驱体；
步骤4：煅烧
将前驱体在300～700℃煅烧1～5h制备α-Fe2O3。
进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤(1)物料混合
将铁尾矿粉与焙烧剂按质量比1：(0.2～5)混合均匀，所述焙烧剂为质量分数为98％的浓硫酸、硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵中的一种或几种；
步骤(2)焙烧
将混匀的物料进行焙烧，焙烧温度为150～650℃，焙烧时间为0.2～5h，随炉冷却后得到焙烧熟料；
步骤(3)溶出
将焙烧熟料按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)1:(3～10)与水混合后，放置在50～100℃的水浴中以100～500r/min的搅拌速率溶出20～120min，过滤得到含铁盐溶液。
进一步地，作为技术方案的改进，所述步骤(1)还可以采用如下方案，具体步骤如下：
步骤1)物料混合
将铁尾矿粉与浸出剂按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)为1：(5～10)混合均匀，所述浸出剂为浓硫酸或浓盐酸；
步骤2)浸出
将混合物料在以50～500r/min的搅拌速率下于40～300℃浸出反应10～120min；
步骤3)过滤
将反应后的混合物过滤，得到酸液和滤渣，酸液经收集用作浸出的原料，实现循环利用；
步骤4)溶出
将滤渣与水按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)1:(3～10)混合后，放置在50～100℃的水浴中以100～500r/min的搅拌速率溶出20～120min，过滤得到含铁盐溶液。
进一步地，所述步骤1中，铁尾矿中金属元素Fe的质量分数为10％～40％。
进一步地，所述步骤1中铁尾矿粉粒度小于270μm。
进一步地，所述步骤2中滴加的过氧化氢与盐溶液中Fe2+的摩尔比(1～6):1。
进一步地，所述步骤1)中，浓硫酸的质量分数为70％～98％，浓盐酸的浓度为3～12mol/L。
进一步地，所述步骤2)中，当混匀物料中的浸出剂为浓硫酸时，反应温度为100～300℃；当混匀物料中的浸出剂为浓盐酸时，反应温度为40～90℃。
进一步地，铁尾矿中铁元素的提取率大于85％。
本发明所述铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法所制备的α-Fe2O3在光催化降解甲基橙和亚甲基蓝方面的应用，其光催化性能测试如下：
将α-Fe2O3按照比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)1:(500～1000)加入到浓度为1～30mg/L的甲基橙溶液或亚甲基蓝溶液中，室温的无光条件下以50～300r/min的搅拌速度搅拌10～60min，使其达到吸附平衡，然后，在紫外灯照射条件下以50～300r/min的搅拌速率反应1～4h，测量甲基橙溶液或亚甲基蓝溶液的吸光度和浓度变化，计算甲基橙溶液和亚甲基蓝溶液的降解率均可达到90％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以铁尾矿原料制备光催化剂，实现了工业固体废弃物的高附加值综合利用；制备过程简单、安全、易操作；反应过程温度低，能耗低，经济成本低；铁的利用率高，制得产物性能好，可降解水中90％以上的甲基橙和90％以上的亚甲基蓝，达到以废治废的目的。本发明的实用性强，应用范围广。
附图说明
图1为本发明所述铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备工艺流程图；
图2为实施例1制备的α-Fe2O3纳米光催化材料放大50k倍的SEM图像；
图3为实施例1制备的α-Fe2O3纳米光催化材料紫外灯照射条件下降解甲基橙的降解率曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所述铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备工艺流程如图1所示，实施例中所述固液比为固体质量与液体体积比，单位为g/ml。
实施例1
一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将铁尾矿破碎、研磨、筛分处理得到粒度为96～109μm的矿粉，铁尾矿的化学组成如表1所示；
表1铁尾矿的主要组成及其质量百分含量(％)
2)称取10g铁尾矿矿粉与质量分数为98％的浓硫酸按照质量比1:2混合均匀；
3)将混合物料放入瓷坩埚中，加盖后放置在下端连接尾气回收装置的密闭的竖式炉中，以15℃/min的升温速率升至280℃，恒温2h完成焙烧，随炉冷却得到焙烧熟料，使铁尾矿中的铁、铝、镁等元素转化为可溶的金属盐，实现铁的提取；
4)称量焙烧熟料质量，将焙烧熟料与去离子水按固液比1:5混合后，在85℃水浴250r/min机械搅拌浸出40min，过滤得到含有铁、镁、铝硫酸盐的浸出液和滤渣；
5)将溶液定容至250mL，测量浸出液中铁的含量，计算铁的提取率为89.9％；
6)量取200mL浸出液置于集热式磁力加热搅拌器中，200r/min搅拌条件下，按照过氧化氢与溶液中Fe2+的摩尔比1:1加入2ml过氧化氢使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加完成后，继续搅拌10min；
7)在40℃及200r/min的搅拌速率条件下，采用蠕动泵以5ml/min的速度向浸出液中滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH值达到4且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应40min。
8)将反应完全的混合物过滤，得到含铁的前驱体和滤液；
9)将前驱体放入瓷坩埚中，放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率升至400℃，恒温2h完成煅烧，随炉冷却，得到α-Fe2O3纳米光催化材料。
本实施例制备的α-Fe2O3纳米光催化材料放大50k倍的SEM图像如图2所示。
称取0.2g的α-Fe2O3纳米光催化材料加入到150mL浓度为15mg/L(pH＝3)的甲基橙溶液中，室温的无光条件下以100r/min的搅拌速度搅拌20min，使其达到吸附平衡，然后，在紫外灯照射条件下以100r/min的搅拌速率反应2h，每隔30min测量一次甲基橙溶液的吸光度和浓度，结果如图3所示，降解时间为120min时，α-Fe2O3降解甲基橙的降解率为99.1％。
实施例2
一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将铁尾矿破碎、研磨、筛分处理得到粒度为109～120μm的矿粉，铁尾矿的化学组成如表2所示；
表2铁尾矿的主要组成及其质量百分含量(％)
2)称取10g铁尾矿矿粉与硫酸铵按照质量比1:2.2混合均匀；
3)将混合物料放入瓷坩埚中，加盖后放置在下端连接尾气回收装置的密闭的竖式炉中，以15℃/min的升温速率升至450℃，恒温2.5h完成焙烧，随炉冷却得到焙烧熟料，使铁尾矿中的铁、铝、镁等元素转化为可溶的金属盐，实现铁的提取；
4)称量焙烧熟料质量，将焙烧熟料与去离子水按固液比1:6混合后，在90℃水浴300r/min机械搅拌浸出30min，过滤得到含有铁、镁、铝硫酸盐的浸出液和滤渣；
5)将溶液定容至250mL，测量浸出液中铁的含量，计算铁的提取率为90.8％；
6)量取200mL浸出液置于集热式磁力加热搅拌器中，100r/min搅拌条件下，按照过氧化氢与溶液中Fe2+的摩尔比1:1加入4ml过氧化氢使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加完成后，继续搅拌20min；
7)在50℃及100r/min的搅拌速率下，采用蠕动泵以3ml/min的速度向浸出液中滴加浓度为1mol/L的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH值达到4.2且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应30min；
8)将反应完全的混合物过滤，得到含铁的前驱体和滤液；
9)将前驱体放入瓷坩埚中，放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率升至450℃，恒温2h完成煅烧，随炉冷却，得到α-Fe2O3纳米光催化材料；
测试其光催化性能，0.2gα-Fe2O3纳米光催化材料降解200mL浓度为5mg/L(pH＝6.5)的亚甲基蓝溶液，降解时间为150min时，α-Fe2O3降解亚甲基蓝的降解率为98.4％。
实施例3
1)将铁尾矿破碎、研磨、筛分处理得到粒度为75～80μm的矿粉，铁尾矿的化学组成如表3所示。
表3铁尾矿的主要组成及其质量百分含量(％)
2)称取10g铁尾矿矿粉与氯化铵按照质量比1:2.5混合均匀；
3)将混合物料放入瓷坩埚中，加盖后放置在密闭的竖式炉中，以15℃/min的升温速率升至500℃，恒温3h完成焙烧，随炉冷却得到焙烧熟料，使铁尾矿中的铁、铝、镁等元素转化为可溶的金属盐，实现铁的提取；
4)称量焙烧熟料质量，将焙烧熟料与去离子水按固液比1:4混合后，在80℃水浴250r/min机械搅拌浸出60min，过滤得到含有铁、镁、铝硫酸盐的浸出液和滤渣；
5)将溶液定容至250mL，测量浸出液中铁的含量，计算铁的提取率为95.3％；
6)量取200mL浸出液置于集热式磁力加热搅拌器中，350r/min搅拌条件下，按照过氧化氢与溶液中Fe2+的摩尔比1:1加入2.5ml过氧化氢使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加完成后，继续搅拌30min；
7)在40℃及350r/min搅拌速率条件下，采用蠕动泵以2ml/min的速度向浸出液中滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH值达到4.15且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应40min；
8)将反应完全的混合物过滤，得到含铁的前驱体和滤液；
9)将前驱体放入瓷坩埚中，将前驱体放入瓷坩埚中，放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率升至500℃，恒温2.5h完成煅烧，随炉冷却，得到α-Fe2O3纳米光催化材料。
测试其光催化性能，0.2gα-Fe2O3纳米光催化材料降解150mL浓度为20mg/L(pH＝3)的甲基橙溶液，降解时间为150min时，α-Fe2O3降解甲基橙的降解率为99.2％。
实施例4
1)将铁尾矿破碎、研磨、筛分处理得到粒度为80～96μm的矿粉，铁尾矿的化学组成如表4所示。
表4铁尾矿的主要组成及其质量百分含量(％)
2)称取10g铁尾矿矿粉与质量分数为98％的浓硫酸、硫酸铵按照质量比1:1:1混合均匀；
3)将混合物料放入瓷坩埚中，加盖后放置在密闭的竖式炉中，以15℃/min的升温速率升至400℃，恒温1.5h完成焙烧，随炉冷却得到焙烧熟料；
4)称量焙烧熟料质量，将焙烧熟料与去离子水按固液比1:6混合后，在60℃水浴450r/min机械搅拌浸出90min，过滤得到含有铁、镁、铝硫酸盐的浸出液和滤渣；
5)将溶液定容至250mL，测量浸出液中铁的含量，计算铁的提取率为88.2％；
6)量取200mL浸出液置于集热式磁力加热搅拌器中，400r/min搅拌条件下，按照过氧化氢与溶液中Fe2+的摩尔比1:1加入3.5ml过氧化氢使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加完成后，继续搅拌15min；
7)在40℃及400r/min搅拌速率下，采用蠕动泵以5ml/min的速度向浸出液中滴加浓度为1mol/L的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH值达到4.3且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应50min；
8)将反应完全的混合物过滤，得到含铁的前驱体和滤液；
9)将前驱体放入瓷坩埚中，将前驱体放入瓷坩埚中，放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率升至400℃，恒温3h完成煅烧，随炉冷却，得到α-Fe2O3纳米光催化材料。
测试其光催化性能，0.2gα-Fe2O3纳米光催化材料降解150mL浓度为10mg/L(pH＝6.5)的亚甲基蓝溶液，降解时间为180min时，α-Fe2O3降解亚甲基蓝的降解率为98.9％。
实施例5
1)将铁尾矿破碎、研磨、筛分处理得到粒度小于75μm的矿粉，铁尾矿的化学组成如表5所示；
表5铁尾矿的主要组成及其质量百分含量(％)
2)称取10g铁尾矿矿粉与浓盐酸(浓度为8mol/L)按照固液比1:5混合均匀；
3)将混合物料放置在带有冷凝回收装置的烧瓶中，置于集热式磁力加热搅拌器中，以300r/min的搅拌速率在60℃搅拌浸出反应60min；
4)将反应后溶液过滤，得到酸液和滤渣；酸液经收集用作浸出的原料，实现循环利用；
5)将滤渣与去离子水按固液比1:5混合后，在95℃水浴350r/min机械搅拌浸出40min，过滤得到含有铁、镁、铝氯盐的浸出液和滤渣；
6)将溶液定容至250mL，测量浸出液中铁的含量，计算铁的提取率为92.7％；
6)量取200mL浸出液置于集热式磁力加热搅拌器中，250r/min搅拌条件下，按照过氧化氢与溶液中Fe2+的摩尔比1:1加入3ml过氧化氢使溶液中的Fe2+氧化为Fe3+，滴加完成后，继续搅拌30min；
7)在40℃及250r/min搅拌条件下，采用蠕动泵以3ml/min的速度向浸出液中滴加浓度为0.5mol/L的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH值达到4.25且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应60min；
8)将反应完全的混合物过滤，得到含铁的前驱体和滤液；
9)将前驱体放入瓷坩埚中，将前驱体放入瓷坩埚中，放置在马弗炉中，以10℃/min的升温速率升至500℃，恒温2h完成煅烧，随炉冷却，得到α-Fe2O3纳米光催化材料；
测试其光催化性能，0.2gα-Fe2O3纳米光催化材料降解150mL浓度为10mg/L(pH＝3)的甲基橙溶液，降解时间为150min时，α-Fe2O3降解甲基橙的降解率为99.6％。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：铁元素提取
将铁尾矿破碎、研磨成矿粉后，处理获得含铁盐溶液；
步骤2：氧化
室温下，在50～500r/min的搅拌速率下，向盐溶液中滴加过氧化氢进行氧化反应，滴加完成后继续搅拌氧化反应为10～60min；
步骤3：中和沉淀
在15～50℃和搅拌速率为50～500r/min的条件下，以2～10ml/min的速率向氧化后的溶液中滴加浓度为0.1～3mol/mL的氨水溶液，利用电位pH计实时监测溶液的pH值，当pH达到3.5～4.5且稳定时，停止滴加氨水，继续搅拌反应10～120min后，过滤得到滤液和前驱体；
步骤4：煅烧
将前驱体在300～700℃煅烧1～5h制备α-Fe2O3。
2.如权利要求1所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤(1)物料混合
将铁尾矿粉与焙烧剂按质量比1：(0.2～5)混合均匀，所述焙烧剂为质量分数为98％的浓硫酸、硫酸铵、硫酸氢铵、氯化铵中的一种或几种；
步骤(2)焙烧
将混匀的物料进行焙烧，焙烧温度为150～650℃，焙烧时间为0.2～5h，随炉冷却后得到焙烧熟料；
步骤(3)溶出
将焙烧熟料按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)1:(3～10)与水混合后，放置在50～100℃的水浴中以100～500r/min的搅拌速率溶出20～120min，过滤得到含铁盐溶液。
3.如权利要求1所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤1)物料混合
将铁尾矿粉与浸出剂按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)为1：(5～10)混合均匀，所述浸出剂为浓硫酸或浓盐酸；
步骤2)浸出
将混合物料在以50～500r/min的搅拌速率下于40～300℃浸出反应10～120min；
步骤3)过滤
将反应后的混合物过滤，得到酸液和滤渣，酸液经收集用作浸出的原料，实现循环利用；
步骤4)溶出
将滤渣与水按照固液比(固体质量与液体体积比，单位为g/ml)1:(3～10)混合后，放置在50～100℃的水浴中以100～500r/min的搅拌速率溶出20～120min，过滤得到含铁盐溶液。
4.如权利要求1所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，铁尾矿中金属元素Fe的质量分数为10％～40％。
5.如权利要求1所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤1中铁尾矿粉粒度小于270μm。
6.如权利要求1所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中滴加的过氧化氢与盐溶液中Fe2+的摩尔比(1～6):1。
7.如权利要求3所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，浓硫酸的质量分数为70％～98％，浓盐酸的浓度为3～12mol/L。
8.如权利要求3所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，当混匀物料中的浸出剂为浓硫酸时，反应温度为100～300℃；当混匀物料中的浸出剂为浓盐酸时，反应温度为40～90℃。
9.如权利要求2或3所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，铁尾矿中铁元素的提取率大于85％。
10.如权利要求1～8任意一项所述的一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法所制备的α-Fe2O3在光催化降解甲基橙及亚甲基蓝方面的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911170938.7A CN110759386A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911170938.7A CN110759386A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110759386A true CN110759386A (zh) | 2020-02-07 |
Family
ID=69339137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911170938.7A Pending CN110759386A (zh) | 2019-11-26 | 2019-11-26 | 一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110759386A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047384A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 桂林理工大学 | 利用锡矿尾矿硫酸浸出液制备锂离子电池用纳米氧化铁负极材料的方法 |
| CN113649031A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 唐山学院 | 一种TiO2/NaNiF6复合光催化剂及其制备方法 |
| CN113663686A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-19 | 昆明理工大学 | 一种利用铅锌尾矿制备光催化材料的方法及应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697744A (en) * | 1984-10-16 | 1987-10-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Process for the production of iron oxide fine powder |
| CN1762832A (zh) * | 2005-09-12 | 2006-04-26 | 鄂州市长润农业生态技术有限公司 | 钾长石除铁精选及铁红生产方法 |
| CN101831542A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 北京科技大学 | 一种从钼选矿尾矿中提取金属元素铁、镁、钙的方法 |
| CN102115816A (zh) * | 2011-01-07 | 2011-07-06 | 东北大学 | 一种综合利用红土镍矿的方法 |
| CN102424431A (zh) * | 2011-09-01 | 2012-04-25 | 东北大学 | 一种由红土镍矿制备氧化镍、氧化镁及二氧化硅产品的方法 |
| CN102583576A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-07-18 | 北京科技大学 | 一种利用铁尾矿制备超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的方法 |
| CN110255630A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-09-20 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种多金属盐溶液制备金属氧化物复合材料的方法 |
-
2019
- 2019-11-26 CN CN201911170938.7A patent/CN110759386A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697744A (en) * | 1984-10-16 | 1987-10-06 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Process for the production of iron oxide fine powder |
| CN1762832A (zh) * | 2005-09-12 | 2006-04-26 | 鄂州市长润农业生态技术有限公司 | 钾长石除铁精选及铁红生产方法 |
| CN101831542A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 北京科技大学 | 一种从钼选矿尾矿中提取金属元素铁、镁、钙的方法 |
| CN102115816A (zh) * | 2011-01-07 | 2011-07-06 | 东北大学 | 一种综合利用红土镍矿的方法 |
| CN102424431A (zh) * | 2011-09-01 | 2012-04-25 | 东北大学 | 一种由红土镍矿制备氧化镍、氧化镁及二氧化硅产品的方法 |
| CN102583576A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-07-18 | 北京科技大学 | 一种利用铁尾矿制备超顺磁性Fe3O4纳米颗粒的方法 |
| CN110255630A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-09-20 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种多金属盐溶液制备金属氧化物复合材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAODONG XU等: "Utilization of Iron Ore Tailing for the Preparation of α-Fe2O3 nanoparticles", 《ADVANCES IN ENGINEERING RESEARCH》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047384A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 桂林理工大学 | 利用锡矿尾矿硫酸浸出液制备锂离子电池用纳米氧化铁负极材料的方法 |
| CN113663686A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-19 | 昆明理工大学 | 一种利用铅锌尾矿制备光催化材料的方法及应用 |
| CN113649031A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-16 | 唐山学院 | 一种TiO2/NaNiF6复合光催化剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | A critical review on approaches for electrolytic manganese residue treatment and disposal technology: Reduction, pretreatment, and reuse | |
| CN110759386A (zh) | 一种铁尾矿为原料的α-Fe2O3纳米光催化材料的制备方法 | |
| CN102580743B (zh) | 一种用金矿尾矿矿渣制备氧化催化剂的方法及制备的氧化催化剂和应用 | |
| Lan et al. | Selective recovery of manganese from electrolytic manganese residue by using water as extractant under mechanochemical ball grinding: Mechanism and kinetics | |
| Zhao et al. | The regeneration characteristics of various red mud granular adsorbents (RMGA) for phosphate removal using different desorption reagents | |
| Li et al. | Recovery of uranium from low-grade tailings by electro-assisted leaching | |
| CN107619068A (zh) | 一种铁锍制备硫化氢用于污酸处理的方法 | |
| CN112007644B (zh) | 基于盐模板法回收芬顿污泥制备二维Fe/Fe3O4光催化剂的方法 | |
| CN104388711A (zh) | 稀土氧化物熔渣浸出回收稀土方法 | |
| CN110451573A (zh) | 一种以褐铁矿为固态铁源处理有色冶炼污酸中砷的方法 | |
| CN109336236A (zh) | 一种赤泥制备铝铁絮凝剂的方法 | |
| Zhang et al. | Super-efficient extraction of U (VI) by the dual-functional sodium vanadate (Na2V6O16· 2H2O) nanobelts | |
| CN105692828B (zh) | 用铌钽铁矿废渣制备聚硅酸硫酸铁絮凝剂的方法和应用 | |
| CN103343242A (zh) | 硫化铋矿与软锰矿交互焙烧提取铋及联产硫酸锰的方法 | |
| Long et al. | Comparison of arsenic (V) removal with different lead-containing substances and process optimization in aqueous chloride solution | |
| CN102755892A (zh) | 钴矿冶炼矿渣制备高级氧化催化剂的方法及应用 | |
| CN100588727C (zh) | 粘土矿湿法提钒工艺 | |
| Li et al. | Progress in comprehensive utilization of electrolytic manganese residue: a review | |
| CN106542506A (zh) | 一种从沉碲废液中回收硒的方法 | |
| Zhang et al. | Integration of resource recycling with de-alkalization for bauxite residue treatment | |
| Zhang et al. | Application for oxytetracycline wastewater pretreatment by Fe-C-Ni catalytic cathodic-anodic-electrolysis granular fillers from rare-earth tailings | |
| CN110075697B (zh) | 一种基于电解锰尾矿渣的烟气脱硫及资源化利用的方法 | |
| CN104342554A (zh) | 一种市政剩余污泥中铜的去除与回收方法 | |
| CN107381705B (zh) | 一种相变调控分离回收水中多种阳离子重金属的方法 | |
| Li et al. | Selective separation of aluminum, silicon, and titanium from red mud using oxalic acid leaching, iron precipitation and pH adjustments with calcium carbonate |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |