水系锌离子电池宽温域性能的电解质改性策略研究进展

在资源短缺、能源需求倍增的当今世界,水系锌离子电池(AZIBs)作为一种大规模储能技术以其具有高安全性、低成本、高容量和快速充放电等优势脱颖而出。随着对能源多元化应用场景的增加,AZIBs被开发并应用于多种极端环境。然而,电池中的自由水分子会引发一系列的不良反应,导致电池出现容量下降和寿命缩短的问题。在低温条件下,溶剂水的冻结会引起AZIBs的离子电导率降低、电荷转移阻抗增加,导致电池速率性能下降。在高温条件下,溶剂水的快速蒸发会产生气泡和气体膨胀,水诱导的副反应加剧,同时电极材料也会出现腐蚀和溶解,从而影响电池寿命。针对这些挑战,在这篇综述中,分别总结了针对水系锌离子电池在高温与低温下的研究进展,提出了适用于低温、高温以及同时适用于高低温的电解质策略,重点研究了高浓度电解质、凝胶电解质、电解质添加剂和共晶电解质降低电解质凝固点、提高低温电化学性能的机理,并对进一步提高水系锌离子电池的宽温域性能和工业应用进行了展望。

钴镍双金属氢氧化物/石墨烯电控分离膜排异性回收废水中低浓度磷酸盐

采用滴涂结合电化学沉积两步法制备了一种具有优良电活性的三维花状钴镍双金属氢氧化物/石墨烯(CoNi-LDH/G)杂化膜,用于电控离子交换过程(electrically switched ion exchange,ESIX)吸附水溶液中低浓度的磷酸根(PO_(4)^(3-))离子。结合X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对CoNi-LDH/G杂化膜进行形貌、组成及结构表征。采用电化学方法考察了该杂化膜在不同吸附电压、不同初始浓度、共存离子及不同pH值条件下对PO_(4)^(3-)吸附性能的影响。实验结果表明:通过调节氧化还原电位,即使在低浓度下,杂化膜对PO_(4)^(3-)也具有良好的吸附性能,且可以在较宽的pH值(4~10)范围内使用,同时受共存离子及其浓度变化影响甚小。此外,G对PO_(4)^(3-)的吸附容量为1.10 mg·g^(-1),CoNi-LDH对PO_(4)^(3-)的吸附容量为11.74 mg·g^(-1),二者吸附容量之和小于CoNi-LDH/G对PO_(4)^(3-)的吸附容量(16.25 mg·g^(-1))。同时,结合O1s的XPS数据分析发现,CoNi-LDH/G杂化膜对PO_(4)^(3-)的吸附过程除了层间阴离子交换、PO_(4)^(3-)与层板金属离子配位的配体交换外,还存在G与CoNi-LDH之间的协同效应。

中低品位胶磷矿酸解液的矿化富集技术研究

为了磷化工行业持续发展,减少磷矿资源浪费,探究中低品位胶磷矿利用新技术,为磷矿资源的开发利用提供新的方法。以中低品位胶磷矿酸解液为研究对象,经碳酸钙中和、石灰乳中和两步矿化和氨水氨化富集制得高品位磷精矿,实验重点探究矿化过程碳酸钙中和、石灰乳中和和氨水氨化的最佳pH,通过工艺探究富集得到高品位磷精矿,并探究提升酸解液富集过程的磷收率,实现磷资源的高效利用。研究结果表明,中低品位胶磷矿酸解液的矿化富集过程先使用碳酸钙调节pH至2.08,反应150 min,再用石灰乳调节pH为2.79,最后用氨水调节pH至3.52,可得到P_(2)O_(5)品位高于36%的磷精矿,磷收率约为99.5%,滤液通过浓缩后可得到合格的硝酸铵钙复合肥产品。该研究为中低品位胶磷矿的高效利用提供了新的思路和方法,对未来中低品位胶磷矿资源的开采、利用具有重大意义。

锌浸渣浮选银精矿还原焙烧-低酸浸出脱锌

以某湿法炼锌厂产出的锌浸渣浮选银精矿为原料,采用回转炉还原焙烧—低酸浸出工艺进行脱锌研究。结果表明:在碳粉加入量10%、焙烧温度600℃、时间120 min、原料粒度-0.1 mm、回转炉转速5 r/min的条件下,铁酸锌还原焙烧分解效果最优,焙烧产物中可溶锌率达到85.83%。在硫酸终点pH为2、液固比5 mL/g、浸出温度70℃、浸出时间90 min优化条件下,对焙烧产物进行选择性浸出,锌和铁的浸出率分别为84.23%和34.71%。浸出渣中未溶解铁锌氧化物主要为还原焙烧过程中团聚成块的大颗粒及被硫酸铅熔化包裹形成的颗粒。

白云石-生物炭复合膜过滤吸附低浓度磷酸盐

随着工农业的发展,大量磷被排入自然水体,导致水体富营养化现象的发生。传统化学法和生物法无法有效去除水中低浓度磷酸盐,将吸附剂与超滤膜相结合,通过错流过滤的方式有望捕获并吸附水中低浓度磷酸盐。将白云石改性生物炭吸附剂(DO/BB)装载于聚偏二氟乙烯(PVDF)超滤膜中制备了PVDF-DO/BB复合膜,并考察了PVDF-DO/BB复合膜的微观结构、力学性能及对磷酸盐的吸附分离性能。结果表明,与纯PVDF膜相比,PVDF-DO/BB复合膜的表面粗糙度增加,亲水性变差;拉伸强度增强约23%,柔韧性也有所提升;当初始磷酸盐质量浓度为1.0 mg/L时,经PVDF-DO/BB处理后最低可降至0.16 mg/L,且在5次吸脱附循环后去除率依然>75%。通过吸附动力学和吸附等温线模型拟合,发现吸附过程主要受单层的化学反应控制,活性位点分布均匀。结合PVDF-DO/BB吸附磷酸盐前后的XPS分析,阐明吸附机理主要包括静电引力、内层单齿络合物的形成、内层双齿络合物的形成和羟磷灰石沉淀的生成。此外,PVDF-DO/BB可高效拦截大分子污染物,具有吸附-超滤双功能。

电絮凝技术深度除低浓度磷的研究进展

现代工农业的快速发展使得去污水、除废水的需求只增不减。磷元素因其在低浓度下仍能引起水体富营养化而受到广泛关注。去除低浓度磷的传统方法不多且存有一定缺陷,电絮凝作为一种绿色高效的电化学方法可弥补之前处理工艺的不足。因此,从电絮凝除磷技术的原理及其发展历程入手,论述了该技术不同操作参数,包括阳极材料、电流密度、电解时间、pH、初始磷酸盐浓度及流速等对电絮凝除磷的影响,举例说明了该技术在实际去除水中低浓度磷中的应用,总结了近年来去除低浓度磷酸盐的电絮凝优化工艺及发展状况,最后指出电絮凝去除低浓度磷技术的局限性,这将有助于电絮凝技术的研究、开发及应用,为减少我国污水中磷排放,维护水生环境的绿色健康提供支持。

青海某铅锌矿铅锌综合回收研究

对青海某铅锌矿进行了选矿试验研究。由于该矿石铅锌品位较低,生产中采用等可浮选工艺流程,产出合格的铅锌混合精矿。现由于矿石性质发生变化导致等可浮工艺无法产出合格的混合精矿,经过选矿试验研究对其采用优先浮选工艺流程,分别产出合格的铅精矿和锌精矿,最终得到了Pb品位56.16%、Pb回收率87.18%、伴生Ag品位258.26 g/t、Ag回收率76.34%的铅精矿,以及Zn品位50.15%、Zn回收率83.15%的锌精矿。

某选锌尾矿铁硫综合回收工艺试验

某选矿厂为了回收利用选铜、锌后尾矿中的铁、硫资源,实现伴生矿产资源的综合开发利用和有价组分的梯级回收,针对选锌尾矿中的磁黄铁矿在选锌过程中被大量石灰抑制可浮性变差的问题,通过在磁场强度175 kA/m的条件下进行弱磁选,弱磁选尾矿经1粗3精1扫浮选流程得到了硫精矿1;弱磁选精矿再磨至-0.038 mm87.50%后,经1粗3精3扫流程获得硫精矿2,两者合并获得了硫品位31.15%、硫回收率81.62%的最终硫精矿;将弱磁精矿浮选后尾矿再进行弱磁选,得到了铁品位64.87%、铁回收率35.09%、含硫4.19%的铁精矿,实现了铁、硫资源的综合回收。

过氧化钙对水中低浓度磷的去除性能

针对水体中低浓度磷深度净化问题,以过氧化钙为吸附剂,采用等温吸附、吸附热力学模型和吸附动力学模型的方法开展其对磷酸盐吸附特性的研究,讨论p H、共存阴离子对其除磷过程的干扰能力.结果表明:(1)过氧化钙对磷酸盐的吸附等温线方程符合Langmuir方程,过氧化钙对磷酸盐的最大吸附量为381.7 mg/g(25℃);(2)过氧化钙在除磷过程中系统的热力学参数ΔG0<0,ΔH0<0,即过氧化钙对磷的吸附作用是一个自发的放热过程;(3)二级反应速率方程可精准地描述过氧化钙的吸附行为,其吸附速率随着溶液中磷酸盐浓度的升高而升高,经过4 min即可达到吸附平衡;(4)过氧化钙在p H=8时除磷效果达到最佳;(5)高浓度倍数的共存阴离子中,CO2-3对过氧化钙除磷影响最大,在10倍浓度下可造成吸附量减少14.7%.

黄铁矿净化水中低浓度磷

以产自安徽铜陵新桥矿的黄铁矿为典型样品,研究黄铁矿对磷的吸附作用。静态实验考察黄铁矿粒度、固液比、pH值、离子强度、温度、吸附时间等因素对黄铁矿去除磷效果的影响,XPS和FE-SEM研究吸附磷后黄铁矿颗粒表面形貌和成分特征。结果表明:黄铁矿粒径越小(50～180目),去除磷效率越高(9.3%～90.7%);提高固液比(0.2～2 g/L),磷的去除率增加(6.5%～97.1%);在pH值3～9.65范围内黄铁矿对磷都有很好的去除效率(95%以上);NO3-对磷的去除效果表现为微弱的促进作用,Cl-有微弱的抑制作用,溶液中SO42-、HCO3-对黄铁矿吸附磷表现出较强的抑制作用。温度对黄铁矿吸附效率基本没有影响。黄铁矿对磷吸附动态实验表明除磷效率在16 h后接近最大值。除磷作用机理是黄铁矿表面缓慢氧化产生的三价铁对磷的化学吸附。成果表明黄铁矿用于净化污水中低浓度磷具有很大的潜力。

磷酸铵镁(MAP)沉淀法处理低浓度氨氮污海水

大量氮磷营养物质排入海湾,引起了富营养化、赤潮等一系列海洋污染问题,污海水中氮磷处理技术研究已引起人们的重视。磷酸铵镁化学沉淀法具有可同时脱除氨氮和磷酸盐,但还未应用于低浓度氨氮废水的处理,尤其是污海水中氨氮的处理。本文采用磷酸铵镁（MAP）化学沉淀法对污海水中氨氮进行处理实验研究,利用污海水中大量存在的Mg2＋,以Na2HPO4作为沉淀剂,探讨了初始反应体系pH值、PO43/NH4＋投配比、反应时间等因素对氨氮脱除效果的影响。结合沉淀结晶物XRD和SEM分析,确定了MAP沉淀法处理污海水中氨氮的最佳反应条件：初始反应体系pH值为9.5~10.5,PO43/NH4＋投配比为1.1/1,反应时间为40 min。实验结果表明,在最佳反应条件下,随着氨氮初始浓度的增大,氨氮去除率逐渐增大,当进水氨氮浓度为12 mg/L时,氨氮去除率达到42.80%。

MACA体系中循环浸出低品位氧化锌矿制备电解锌

以云南兰坪低品位氧化锌矿及其循环浸出渣的浮选精矿为原料,常温常压下在MACA(金属氨络合物)体系中进行循环浸出。浸出液先净化除砷和锑、再两段锌粉逆流置换深度净化,两次净化后液电积制取电解锌。考察工艺中循环浸出率、净化率、物质平衡以及电解锌质量和电耗等技术经济指标。结果表明:先用MACA法处理原矿粉,再浮选硫化锌的选冶结合流程是合适的兰坪低品位氧化锌矿的处理方案,原矿锌的平均浸出率为70.48%,其氨可溶锌浸出率达到89.14%,浮选精矿锌的浸出率为79.75%,杂质元素的净化率达到95%,电解锌纯度达到99.98%,电流效率可达97.02%。

硫酸羟胺对低温磷化过程的影响

在锌系低温磷化液中添加硫酸羟胺(HAS)以加快磷化反应速度.采用电化学方法测量了低温磷化过程φ-t曲线,并通过SEM,EDX研究了HAS对磷化膜形成过程的影响.结果表明:磷化过程可以分为3个阶段:第1和第2阶段主要是磷化液与基体腐蚀反应的阴极极化和去极化过程;第3阶段是晶粒的形核与长大.HAS具有极强的去极化能力,可加快磷化液与基体的腐蚀反应速度.添加HAS明显缩短了磷化各个阶段的时间,其中第1、第2和第3阶段分别缩短了50%,60%和50%;形成的磷化膜晶粒更细小致密,磷化膜中Zn2Fe(PO4)2含量略高.

低温磷化电位-时间曲线与成膜过程研究

为了解拉丝用低温磷化膜的成膜机理,研究了其电位-时间(-t)曲线变化规律,并采用扫描电镜(SEM)观察了磷化膜的形貌,用X射线能谱对磷化成分进行了分析。结果表明,-t曲线和磷化膜生长过程可分为三个阶段:磷化第一阶段约15s,电位快速正移,出现零星分布、长约10μm的磷化膜小晶粒;磷化第二阶段约45s,电位快速负移,出现直径大小约10μm的薄片层状晶粒团,单个晶粒直径约5μm,晶粒与基底间存在底膜;磷化第三阶段约840s,电位缓慢正移直至稳定,前期有大量晶粒形成并不断长大,后期晶粒显著长大,但数量变化不大,磷化膜不断增厚直至磷化反应终止。

云南兰坪低品位氧化锌矿氨浸渣可浮性试验研究

针对云南兰坪高碱性脉石型低品位氧化锌矿,陈启元教授课题组提出了"循环氨浸—萃取—酸性电积"新工艺,此工艺中氨浸后得到的浸出渣(简称氨浸渣)主要含有闪锌矿、锌铁尖晶石和部分未浸出的氧化矿(主要是菱锌矿),氨浸渣中锌含量较高,导致新工艺的总锌回收率低于80%。为此,对氨浸渣进行浮选处理,期望回收闪锌矿和未浸出的氧化矿,以提高整个工艺锌的总回收率。采用硫化—黄药浮选法,将氨浸渣中的闪锌矿和氧化锌同时进行富集。研究结果表明,氨浸渣经过球磨预处理后,采用一次粗选、两次扫选、两次精选,得到品位为22.16%、回收率为68.97%的锌精矿,经"浸出—氨浸渣浮选"工序处理后锌总回收率达92.57%。

不同磷化工艺对建筑用16Mn钢的磷化效果研究

选取建筑用16Mn钢作为基材,分别采用低温锌系磷化工艺和中温锌-锰系磷化工艺获得磷化膜,表征了两种磷化膜的微观形貌和成分,并比较了两种磷化膜的耐腐蚀性能。结果表明,两种磷化膜中Zn、P元素含量相差不大,锌系磷化膜的平整度和致密程度相对较好。两种磷化膜腐蚀后表面都有较多缺陷,不同位置的成分也有一定的差别。与16Mn钢相比,锌系磷化膜和锌-锰系磷化膜都表现出较好的耐腐蚀性能,且两种磷化膜的耐腐蚀性能基本相当。自行开发的低温锌系磷化工艺对16Mn钢的磷化效果并不次于成熟的中温锌-锰系磷化工艺。

低温锌系磷化促进剂研究

针对锌系中温磷化技术的缺点,研制出一种低温锌系磷化促进剂.实验结果表明,将甲醛与氯酸盐进行混合而制成的复合促进剂,在磷化温度为30～40℃,磷化时间为10 min的条件下,可以获得性能良好的磷化膜.

低热固相化学反应法合成磷酸锌微米晶棒

在表面活性剂乙二醇(EG)存在下,采用低热固相化学反应,分别以Zn(NO3)2.6H2O(70℃)、ZnSO4.7H2O(室温)与Na3PO4.12H2O进行反应,超声波作用下洗涤产物,一步合成出磷酸锌微米晶棒,利用XRD、TEM、SEM和IR等手段表征了其结构和形貌。实验结果表明:两种锌盐与Na3PO4.12H2O反应,在一定的条件下,均能合成出EG修饰的磷酸锌微米晶棒。此研究为磷酸盐工业生产的绿色化发展提供了一定的参考依据。

从梅山高炉瓦斯泥中回收铁精矿的研究

通过对国内外高炉粉尘利用情况的分析、研究 ,结合梅山高炉瓦斯泥的性质、特征和现状 ,提出用弱磁—强磁选的选矿工艺 ,从中回收铁精矿的设想。通过试验室试验 ,取得了较好的技术经济指标 ,达到了预期效果。该工艺可用于生产实践 。

稀土化合物La(NO_3)_3对低温磷化膜形成过程的影响

在锌系低温磷化液中添加稀土化合物La(NO3)3可以加快磷化反应速度。采用电化学方法测量了低温磷化过程Ф-t曲线,并通过SEM,EDX研究了La(NO3)3对磷化膜形成过程的影响和作用。结果表明,磷化过程可以分为3个阶段:第1,2阶段主要是磷化液与基体腐蚀反应的阴极极化和去极化过程,第3阶段是晶粒的形核与长大。添加La(NO3)3对磷化第1阶段影响不大,但第2和第3阶段时间分别缩短了40%和34%。添加La(NO3)3促进磷化膜晶粒形核,形成的磷化膜晶粒更细小致密。