Characterization of Spent Household Zinc-Carbon Dry Cell Batteries in the Process of Recovery of Value Metals

Spent zinc-carbon dry cell batteries were characterized to assess the environmental impacts and also, to identify the potentials of recovering the metal values from these batteries. Different component parts of both new and spent batteries of all the five types (AAA, AA, C, D and 9V) were examined. The outer steel casings were found to be tin plated. Steel, zinc and manganese constituted 63 percent of the total weight of the battery. Average zinc and manganese contents were about 22 and 24 percent of the total weight of spent batteries. The electrolyte paste of the spent batteries contained 22 wt. percent zinc and 60 wt. percent manganese. The rest was chlorine, carbon and small amounts of iron and other impurity elements. The major phases in the fresh batteries were carbon, MnO2 and NH4Cl, while Zn(NH3)2Cl2, ZnO.Mn2O3, Mn3O2 and Mn2O4 were the prominent phases in the spent batteries. Presence of mercury and cadmium were not detected and a small percentage of lead was found in both the zinc anode and in the electrolyte paste.

内蒙古某含碳高硫锌锡矿石选矿试验研究

内蒙古某含碳高硫锌锡矿石锌品位1.02%、锡品位0.86%,硫和碳含量分别为14.02%、1.68%。矿石矿物组成较复杂,主要有用矿物为闪锌矿、锡石和黄铁矿,脉石矿物主要为石英、绿泥石和绢云母等。为确定矿石合理的开发利用工艺,采用预先脱碳—浮重联合工艺流程开展选矿试验研究。结果表明,矿石经预先脱碳、1粗1扫1精锌硫混选、1粗1扫3精锌硫分离浮选流程处理,闭路试验可得到Zn品位为45.16%、Zn回收率为71.19%的锌精矿,S品位为46.92%、S回收率81.91%的硫精矿;浮选尾矿采用摇床重选,经粗选、精选、复选和中矿再选,可获得Sn品位45.52%、Sn回收率81.99%的锡精矿,以及Sn品位3.13%、Sn回收率11.09%的锡中矿。所设计试验流程较好地解决了矿石中有机碳对浮选的不利影响,综合回收了有价矿物,可为同类矿石的开发利用提供理论借鉴。

白云石可控碳化联产氢氧化镁和碳酸钙及其改性

综合利用白云石开发出高端产品及其技术成为当前研究者关注的焦点。本文通过可控碳化法进行白云石联产制备了高附加值的氢氧化镁和碳酸钙并对其进行改性研究。分别考察了碳化终点pH、温度、二氧化碳流速对产物晶型、粒径、形貌的影响以及硬脂酸锌的添加量、搅拌转速、改性时间、改性温度对产物改性效果的影响。结果表明,当碳化反应终点pH控制为10.5时,生成产物为碳酸钙和氢氧化镁混合物,且得率最高;最优的碳化反应条件为温度20℃、二氧化碳流速1L/min,生成的氢氧化镁和碳酸钙平均粒径为190.4nm;得到的产物氢氧化镁和碳酸钙最优的改性条件为硬脂酸锌添加量1.0%、搅拌转速600r/min、改性时间60min、改性温度50℃,得到改性的氢氧化镁及碳酸钙的活化度为95.8%,吸油值为41.2g/100g。

H_(2)SO_(4)/ZnCl_(2)复合活化微波法制备污泥活性炭研究

以城市剩余污泥为原料,H_(2)SO_(4)和ZnCl_(2)为复合活化剂,采用微波法制备污泥活性炭,研究微波活化温度、功率、辐照时间及固液比对污泥活性炭碘吸附值影响,并利用TG、BET、FTIR、SEM等对产物进行表征。结果表明:当固液比1∶1.5、微波功率2000 W、活化温度600℃和辐照时间20 min时,污泥活性炭碘吸附值最高约为1360 mg·g^(-1)。与干污泥相比,加活化剂干污泥的热解仍为3个阶段,但半焦生成焦炭阶段的失重有较大提高,污泥活性炭的比表面积约为331 m^(2)·g^(-1),表面可见大小不一且未被堵塞的孔洞,平均孔径约为13 nm,有相对较多的含氧官能团。

锌阳极氮掺杂多孔碳表面功能层设计及可逆性研究

锌阳极因枝晶生长、析氢、形变和钝化等挑战,成为限制锌空气电池充放电循环性能的关键因素。本工作以聚季铵盐为碳源和氮源,通过硬模板法制备出具有丰富介孔结构的碳材料,并将其作为锌阳极的表面功能层(N-MC@Zn)。其中,N-MC@Zn的比表面积高达590.06 m^(2)·g^(-1),平均孔径为22 nm。研究表明,锌阳极表面构建氮掺杂的多孔碳功能层,在一定程度上有效缓解了上述寄生反应带来的负面影响。特别是多孔碳涂层丰富的孔隙为锌沉积/剥离提供了缓冲区,极大提高了锌离子的沉积动力学,稳定了其沉积/剥离过程,缓解了锌阳极的析氢腐蚀;此外,多孔碳涂层内的各向异性避免了尖端效应,抑制了枝晶生长。基于上述优势,N-MC@Zn表现出优异的充放电稳定性(140 h, 700次循环)、倍率充放电特性(0.5C~10C)以及放电容量。以上结果表明,多孔碳材料可作为高性能锌阳极功能层材料,为锌阳极涂层设计领域提供了新的视角。

黄河流域典型铅锌冶炼企业重金属废水管控与碳排放协同研究

黄河流域作为国家生态安全的重要屏障,重金属污染一直以来备受关注.为提升重金属重点排放源铅锌冶炼行业废水排放管控水平,本文聚焦黄河流域中上游典型地区某铅锌冶炼企业,研究了不同产污环节排放废水中重点重金属排放特征及达标情况,并从行业绿色低碳发展方面测算了不同冶炼工艺流程碳排放强度、不同产污环节排放废水处理过程碳排放强度.结果表明:(1)采用氧化法+硫化钠除汞+石灰中和+生物制剂法+除铊稳定剂的组合处理工艺,污酸废水中总铅、总镉、总汞和总砷的排放浓度均可稳定达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)特别排放限值要求,以处理后各重金属日最大检出浓度的90%分位数作为参比浓度,该处理工艺对总铅、总镉、总汞的去除率分别为98.2%、99.8%、99.9%.(2)铅锌冶炼企业污酸车间地面冲洗水应全部纳入污酸车间污水处理系统进行集中处理,避免铅、镉、汞、铊等重金属废水稀释排放,长期汇入黄河干流富集造成潜在环境风险.(3)锌冶炼过程重金属主要富存于固相颗粒和液相颗粒中,污酸废水(废气洗涤制酸废水)中总铅、总镉、总汞、总砷产污系数分别为4.83、4.33、7.02、0.01 g/t(以产品计),较实际流向废气中相应重金属产污系数低10^(3)量级.(4)鉴于污酸废水处理碳排放强度约为一般性生产废水的7.93倍,建议加强评估并推广应用2022年《国家先进污染防治技术目录(水污染防治领域)》提出的有色冶炼烟气洗涤污酸废水治理与资源化利用技术,研究提出基于资源化利用途径的污酸废水排放控制要求.(5)湿法炼锌工艺碳排放强度为3.08 t/t(冶炼1 t锌的CO_(2)排放量),相对属于绿色低碳冶炼工艺.研究显示,黄河流域中上游部分典型铅锌冶炼企业已采用相对绿色低碳冶炼工艺,鉴于黄河流域的国家战略定位,需进一步提升末端重金属废水风险管控和减污降碳协同治理力度,引领沿黄冶炼产业高质量发展.

澳洲坚果壳活性炭载锌复合抗菌材料的制备及性能研究

以澳洲坚果壳为原料,采用氯化锌活化法制备粉末活性炭作为抗菌材料载体,通过浸渍法将Zn^(2+)负载于活性炭的表面和微孔中,得到活性炭载锌复合抗菌材料。利用碘吸附值、氮气吸脱附、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体-发射光谱及抗菌实验对材料进行表征。结果表明:活性炭材料具有多孔结构,比表面积达644.118 m^(2)/g,平均孔径为2.289 nm,碘吸附值为1018 mg/g。以硫酸锌为锌源,炭锌接触时间7 h、炭锌浸渍比1∶25、锌溶液浓度1.0 mol/L时,制备的活性炭载锌复合抗菌材料具有较好的杀菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都能达到99.9%的抗菌率。活性炭载锌复合抗菌材料与织物浸渍得到的抗菌织物也具有较好的抗菌效果,展现了良好的应用前景。本研究可为拓宽废弃生物质资源的应用范围提供参考。

环氧富锌涂层配套体系长效防护性能研究

在热带沿海地区,高湿热、高盐和高辐照是一种极端严酷的腐蚀环境。在这类特殊条件下,金属材料的腐蚀失效问题已成为制约装备发展与应用的重大瓶颈,而目前工程中常用的环氧富锌涂层在此类严酷恶劣环境下的长效防护性能还缺乏深入研究。本文通过进行紫外/凝露、中性盐雾、湿热试验的循环试验,研究了环氧富锌涂层配套体系在高湿热、高盐和高辐照的腐蚀环境下对碳钢的长期保护性能,通过附着力、涂层划痕处腐蚀蔓延宽度、表面微观形貌和电化学阻抗谱等方法对涂层的防腐性能进行研究。结果表明:经过175 d的循环加速腐蚀试验后,在不同周期36 d、70 d、100 d、175 d的附着力相对于初始附着力(10.45 MPa),下降率分别为4.3%、10.0%、13.2%、18.7%,尽管附着力有所降低,但下降幅度不大。划痕处在不同周期36 d、70 d、100 d、175 d的腐蚀蔓延宽度分别为0.75 mm、1.25 mm、1.74 mm和2.38 mm,均小于富锌底漆涂料规定的≤3 mm。SEM观察结果显示,在涂层暴露的四个周期内,涂层表面产生明显变化,试验后期生成大量块状产物。EIS结果显示,涂层的阻抗数值在36d~100d的过程中呈现出逐渐降低的过程,从2.93×10^(10)Ω·cm^(2)到6.148×10^(9)Ω·cm^(2),而在(100~175)d时,感抗弧的半径大小有一个小幅度的增大,阻抗谱没有出现第二个时间常数,可以说明环氧富锌涂层配套体系在这类环境下仍能保持完整和均匀,这与涂层中锌粉的阴极保护作用有关。研究结果表明环氧富锌涂层配套体系在此类严酷的腐蚀环境中仍然具有优异的长期防腐性能。

碳包覆硒化锌用作高性能锂离子电池负极材料

石墨是当前锂离子电池的主流商用电极材料,然而受限于电化学储锂机理原因,其理论比容量偏低。因此,寻找高比容量负极材料的课题受到研究人员的广泛关注。本文以蔗糖为碳源,使用水热法制备了碳包覆ZnSe,并探究了其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及X射线衍射(XRD)等系统研究了材料的形貌、结构和组分等。结果表明,碳材料的引入,并未改变ZnSe的晶体结构。为了探究其电化学储锂特性,以金属Li作为对电极组装了锂离子电池半电池,并利用循环伏安法、恒流充放电等方法对其性能进行了评估。结果表明,相比目前常用的聚偏二氟乙烯(PVDF)黏结剂,使用羧甲基纤维素钠(CMC)作黏结剂,碳包覆ZnSe样品表现出更为优异的循环稳定性和更高的比容量。此外,相比纯ZnSe,碳包覆之后其锂离子电池储能特性得到了极大提升,在0.1A/g电流密度下,经过50次循环,在最优碳包覆含量下,其比容量由228.8 mAh/g提升至545.0 mAh/g;即使在1 A/g电流密度下循环500圈,其比容量依旧保持在500 mAh/g以上。

Co_(3)ZnC@C促进g-C_(3)N_(4)光催化产氢及其机理

光催化产氢技术是实现太阳能到绿色氢能转化的有效途径,然而其实际应用受到高成本、低效率的限制。本文通过简单的沉淀-煅烧法合成一种独特的碳包覆Co_(3)ZnC纳米颗粒(Co_(3)ZnC@C),将其作为助催化剂,与光催化剂g-C_(3)N_(4)耦合构建新颖的不含贵金属的复合光催化剂Co_(3)ZnC@C/g-C_(3)N_(4),并对其结构和形貌进行表征,对其光催化产氢性能进行研究。实验结果表明:Co_(3)ZnC@C/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢速率是纯g-C_(3)N_(4)的109倍,催化产氢速率大幅提高是因为Co_(3)ZnC@C作为助催化剂负载在g-C_(3)N_(4)的表面,能够促进g-C_(3)N_(4)的电荷分离,加快其表面析氢反应速率。该研究拓宽了金属碳化物材料的应用范围,为设计先进的太阳能转换光催化剂提供了新的途径。

山竹壳制备吸附-光催化碳材料及其性能

以山竹壳为原料,通过磷酸活化处理、焙烧、浸渍乙酸锌、乙酸银溶液的方法制得复合双金属生物质碳材料AgZn/P/BC,并在可见光照射下研究该复合双金属生物质碳材料对2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的吸附-可见光催化协同降解性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪(DRS)、比表面积测试仪(BET)和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料进行表征分析,采用高效液相色谱法(HPLC)测定反应物浓度,计算脱除率。分别比较不同金属物质的量比(Ag、Zn)和不同金属乙酸盐溶液浸渍浓度的单一反应条件发现,当金属物质的量比n(Ag)∶n(Zn)为1∶1,金属乙酸盐溶液浓度为0.01 mol/L时,复合材料对2,4-DCP的降解效果最好,黑暗环境中吸附30 min脱除率可达62.33%,光照条件下催化120 min脱除率可达93.52%。动力学研究结果表明,金属乙酸盐溶液浓度为0.01 mol/L的复合双金属生物质碳材料AgZn/P/BC,其降解速率相较于金属乙酸盐溶液浓度为0.03 mol/L的AgZn/P/BC提高了近1.76倍,在pH测试和循环实验中复合材料的催化性能均保持良好,表明AgZn/P/BC具有优异的光催化降解2,4-二氯苯酚性能。

硫化锌镉制氢光催化剂的研究进展

随着传统石化能源日益耗竭及其带来的环境污染增加,人们正在寻求可替代的、更为清洁的新能源。氢能因其高效、清洁以及广泛应用前景而受到普遍关注。在传统制氢技术中,使用最为广泛的是化石燃料制氢技术。但是,这种技术所造成的能耗和温室气体释放量都非常大。相比之下,光催化制氢技术则是将太阳能转化为氢能,并以化学的形式储存起来。它具有高效转换能力、零碳排放、可持续性和良好的再循环能力等优点,因此成为未来制氢的重要方向。常见的光催化剂包括TiO2、ZnO、ZrO2、CdS等多种金属氧化物和硫化物的半导体材料。其中,金属硫化物因为具有良好的可见光响应、适宜的能带结构、原料丰富和制备简单等优点,被视为一种具备良好光催化性能和实际应用前景的产氢材料。然而,金属硫化物在反应过程中易发生光生载流子复合、光腐蚀等,影响其光催化性能。本文详细阐述了光催剂硫化锌镉的光催化产氢过程,对其产氢性能以及稳定性相关研究进行了总结,并探讨了制约该技术发展的挑战和未来方向。

FeCo/NCNTs复合材料的制备及其电催化性能的研究

采用高温热解法成功制备了掺氮碳纳米管包覆FeCo合金颗粒的催化剂FeCo/NCNTs-3∶1。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征与分析,并对其进行电化学测试。结果表明,该催化剂为中空竹节状碳纳米管结构,利于O2输送、电解液扩散和电子传递;催化剂中FeCo合金的形成利于提高催化速率;催化剂中含有丰富的Fe/Co-N-C活性位点,利于促进催化反应;FeCo/NCNTs-3∶1对于氧还原反应(ORR)性能的半波电位为0.84 V;对于氧析出反应(OER),在10 mA/cm^(2)电流密度下对应的电位为1.652 V;以其为空气阴极的锌空气电池,开路电压为1.49 V,功率密度为142.41 mW/cm^(2)。

Co-N-C氧还原反应电催化剂的制备及性能研究

锌空气电池可作为一种无污染、长效、稳定可靠的电源,但其阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)缓慢的动力学过程严重阻碍了大规模应用。本文通过表面活化策略在炭黑上构筑不饱和位点用于锚定Co,再以不同质量比的尿素作为氮源,制备了不同氮掺杂量的催化剂,并测试了一系列催化剂的ORR活性,及其在不同电解液中活性的差异。将催化剂用于组装锌空气电池,开路电压达1.441 V,并表现出良好的放电性能,峰值功率密度可达123.5 mW·cm^(-2)。

锌酞菁基多孔有机聚合物催化CO_(2)与环氧化物的环加成反应

以四氨基酞菁锌和均苯三甲醛为原料,通过席夫碱缩合反应,在溶剂热的条件下制备了锌酞菁基多孔有机聚合物(ZnPc-POP)。采用FTIR、^(13)CNMR、XPS、TEM和N_(2)吸附-脱附对其进行了表征,以环氧氯丙烷(ECH)和CO_(2)的环加成反应为模型,以四丁基溴化铵(TBAB)为助催化剂,考察了ZnPc-POP的催化性能、循环使用性和其催化不同环氧化物的底物适用性,并对催化机理进行了探究。结果表明,ZnPc-POP具有丰富的介孔结构(孔容约为0.64 cm^(3)/g,平均孔径约为20 nm)和大的比表面积(171.6 m^(2)/g)。ECH在100℃和1.0 MPa CO_(2)条件下生成环状碳酸酯的选择性>99%,产率为96%,转化频率(TOF)高达533.3 h^(-1)。ZnPc-POP循环使用5次后,其催化活性无明显降低。ZnPc-POP催化不同环氧化物的环加成反应的选择性≥96%。环氧化物中三元环氧原子与ZnPc-POP的Lewis酸位点锌中心发生配位作用而被有效活化,助催化剂TBAB中Br–通过亲核进攻促进环氧化物开环,该双重活化环氧化物开环是CO_(2)环加成反应的控速步骤。

湿法炼锌污酸处理中石膏渣减量化工艺探索

针对目前湿法炼锌中采用石灰中和法处理污酸产生的石膏渣量较大的问题,本文提出采用锌焙砂-碳酸钙两段中和法处理硫化后液的工艺并进行试验。该工艺通过锌焙砂中和部分酸,再采用碳酸钙进行中和,将氟除去的同时减少污酸石膏渣产量。实验结果表明,采用锌焙砂中和时,控制pH值为2.0~2.5,在温度35℃条件下中和1 h,沉降过滤后采用碳酸钙进行二段中和,控制终点pH为5.0~5.5,反应1 h,沉氟后液含氟量小于20 mg/L,沉氟率超过98%,产出石膏渣仅为传统石灰中和法所产石膏渣量的24.94%,溶液经过除氯后可返回湿法系统中。

SiC聚合物前驱体和Zn粉复合对Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料性能的影响

为提高Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料的中低温强度,首先将质量比为1∶0.15∶2.7∶0.03的蔗糖、六水合硝酸镍、正硅酸乙酯、草酸水溶液依次添加至乙醇水溶液中,经110℃干燥18 h后得到SiC聚合物前驱体,然后以板状刚玉、α-Al_(2)O_(3)微粉、鳞片石墨为主要原料,复合添加SiC聚合物前驱体和Zn粉,在150 MPa下压制成150 mm×25 mm×25 mm的坯体试样,经180℃固化24 h后,在埋碳条件下经600、800、1000、1200和1400℃热处理3 h。研究了SiC聚合物前驱体和Zn粉复合添加对Al_(2)O_(3)-C材料性能的影响。结果表明:SiC聚合物前驱体和Zn粉的最佳添加量(w)分别为4.5%和1.5%,此时Al_(2)O_(3)-C材料综合性能最优。低温时Zn粉熔融,在材料体系中形成金属结合相;中温时SiC聚合物前驱体发生热解反应及Zn粉气化的催化作用,使体系形成SiC纤维结合相;二者共同作用,赋予Al_(2)O_(3)-C不烧滑板材料较高的中低温强度,克服了现有材料使用过程中因强度过低导致的失效问题。

戊二酸锌体系催化合成二氧化碳基聚碳酸酯研究进展

二氧化碳(CO_(2))是一种无毒无害、性质稳定、可再生的C1资源.近年来,以CO_(2)为原料合成的CO_(2)基聚酯受到了广泛关注.其中,戊二酸锌催化CO_(2)和环氧化物共聚生成聚碳酸酯成为CO_(2)高值转化的途径之一(特别是戊二酸锌催化CO_(2)和环氧化物共聚,包括引入酸酐、环酯等三元共聚).我们综述了近年来戊二酸锌催化CO_(2)基聚合反应的研究进展,对催化剂发展、结构、活性和产物性能等进行了系统的总结,分析了戊二酸锌催化剂在聚合反应过程中的优势和不足,最后对戊二酸锌催化剂的发展、挑战等进行了展望分析.

氮磷掺杂生物质介孔炭的合成及其电化学性能

以桉木木质纤维素作原料,六对羧基苯氧基环三磷腈(HCPCP)作为氮磷掺杂剂,NaOH作为共活化剂,采用先炭化后活化制备了木质纤维素基氮磷掺杂介孔炭(NPC)材料,采用SEM、XRD、XPS和拉曼光谱等方法对介孔炭材料进行表征。研究结果表明:活化温度650℃下得到的样品(NPC-650)具有丰富的蜂窝状孔隙结构,平均孔径为5.18 nm,介孔体积比89%。用介孔炭NPC-650作为阴极材料组装成锌离子混合电容器,在0.2 A/g电流密度下比电容为194 F/g,能量密度为87.3(W·h)/kg,功率密度为179.5 W/kg,在10 A/g电流密度下充/放电5000次,电容保持率98.9%。

ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/C的水热制备及白光LED下的光催化研究

本文采用水热法制得碳球(C),再原位生长BiVO_(4)和ZnFe_(2)O_(4),得到BiVO_(4)/C、ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)/C复合光催化剂,利用XRD、SEM、EDS、UV-Vis DRS等方法对材料进行了表征。在白光LED光源下,通过降解罗丹明B对样品的光催化性能进行评价。结果表明,在60分钟可见光下,BiVO_(4)对罗丹明B的降解率为31.7%,BiVO_(4)(50 wt%)/C对罗丹明B的降解率为55.6%,ZnFe_(2)O_(4)(15 wt%)/BiVO_(4)(50 wt%)/C对罗丹明B的降解率高达94.1%。高效的降解率可能与复合结构的异质结有关,碳球提高了BiVO_(4)对可见光的吸收,ZnFe_(2)O_(4)/BiVO_(4)促进了光生电子-空穴的分离,从而有效增强光降解性能。