發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 06:41

【摘要】：大洋錳結(jié)核富含陸地緊缺的銅、鈷、鎳、錳、鐵等金屬資源,是支撐未來(lái)工業(yè)發(fā)展重要的深海金屬儲(chǔ)備資源。本論文利用鋸末熱解產(chǎn)物還原大洋錳結(jié)核中MnO2,酸浸提取錳及賦存于MnO2中的銅、鈷、鎳元素有價(jià)金屬;同時(shí)以鋸末熱解焦油為碳前驅(qū)體合成碳量子點(diǎn)材料,快速精準(zhǔn)檢測(cè)多金屬離子浸出液中鐵、銅金屬元素含量,為大洋錳結(jié)核多金屬提取及快速評(píng)估提供有效方法。主要研究結(jié)果如下:較傳統(tǒng)還原劑無(wú)煙煤,鋸末在較低溫度下熱解生成還原性揮發(fā)分CO將大洋錳結(jié)核中MnO2還原,該過程受未反應(yīng)收縮核化學(xué)界面控制,其表觀活化能為45.5 kJ·mol-1;基于熱重分析建立了還原率與溫度間的不等溫動(dòng)力學(xué)方程,揭示鋸末熱解同步還原大洋錳結(jié)核歷程。經(jīng)優(yōu)化,在大洋錳結(jié)核粒度-0.55 mm,惰性氣體流速小于0.75L.min-1,鋸末用量10%,還原溫度500℃,還原時(shí)間10 min條件下,大洋錳結(jié)核錳還原率達(dá)96.1%。.以鋸末熱解同步還原大洋錳結(jié)核過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物焦油為碳前驅(qū)體,分別采用氣相(AT-CQDs)、固相(ST-CQDs)、液相(LT-CQDs)模板法制備碳量子點(diǎn)材料,通過調(diào)節(jié)碳量子點(diǎn)合成空間,實(shí)現(xiàn)了碳量子點(diǎn)尺寸控制,AT-CQDs、ST-CQDs 和 LT-CQDs 平均粒徑分別為 6.8nm、5.9nm 和 4.3nm,均存在明顯石墨晶格結(jié)構(gòu),表面豐富的極性官能團(tuán)使其具備較好分散性,功能化修飾可顯著增強(qiáng)碳量子點(diǎn)發(fā)光性能,較其他碳前驅(qū)體,焦油制備的碳量子點(diǎn)熒光產(chǎn)率較高,使其成為合成碳量子點(diǎn)的理想原料。氮摻雜碳量子點(diǎn)(N-CQDs)與多離子體系中Fe3+選擇性地發(fā)生熒光猝滅,強(qiáng)酸體系中N-CQDs熒光猝滅程度與Fe3+濃度保持線性關(guān)系,Fe3+檢測(cè)范圍為0.23～600 μmol/L,弱酸體系中N-CQDs熒光猝滅程度對(duì)數(shù)與Fe3+濃度呈指數(shù)關(guān)系,Fe3+檢測(cè)范圍為0.08～1400μmol/L,弱酸性體系中Fe3+檢測(cè)具備更高的檢測(cè)范圍和靈敏性;PEI修飾碳量子點(diǎn)(PEI-CQDs)與液相中多離子體系中Cu2+選擇性地發(fā)生熒光猝滅,其熒光猝滅程度與Cu2+濃度呈線性關(guān)系,Cu2+檢測(cè)范圍為0.08～400 μmol/L;N-CQDs和PEI-CQDs可準(zhǔn)確快速檢測(cè)多金屬體系中Fe3+和Cu2+,基于大洋錳結(jié)核中銅與錳、鈷、鎳的同步浸出特性,建立了大洋錳結(jié)核中多金屬浸出快速評(píng)估方法。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1
【圖文】：

圖３－１技術(shù)路線逡逑３．３研究?jī)?nèi)容逡逑以大洋錳結(jié)核為試驗(yàn)原料，鋸末為還原劑，優(yōu)化熱解同步還原條件，探逡逑宄鋸末熱解同步還原錳結(jié)核機(jī)理；考察在不同還原條件下，大洋錳結(jié)核中錳、逡逑銅、鈷、鎳和鐵等金屬的浸出行為；以同步還原過程中產(chǎn)生的焦油為碳前驅(qū)逡逑體，合成功能化碳量子點(diǎn)，并應(yīng)用于大洋錳結(jié)核還原焙燒－酸浸液中鐵、銅等逡逑離子的分析檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)多金屬浸出快速評(píng)估。具體研宄內(nèi)容如下：逡逑（１）分別以無(wú)煙煤和鋸末為還原劑，在中低溫焙燒條件下熱解同步還原逡逑大洋錳結(jié)核，考察還原劑用量、焙燒溫度、焙燒時(shí)間、惰性氣體流速等因素逡逑對(duì)錳還原率的影響，優(yōu)化熱解同步還原條件。通過分析大洋錳結(jié)核原礦、焙逡逑燒產(chǎn)物和焙燒－酸浸產(chǎn)物ＳＥＭ－ＥＤＳ圖譜，探宄大洋錳結(jié)核中錳、銅、鈷、鎳、逡逑鐵等有價(jià)元素浸出規(guī)律。逡逑（２）分析鋸末和無(wú)煙煤的熱解特性，建立熱解溫度區(qū)間動(dòng)力學(xué)方程并計(jì)逡逑

大洋錳結(jié)核酸浸扶速檢測(cè)逡逑液中金屬離子〈邐１功能化碳量子點(diǎn)逡逑圖３－１技術(shù)路線逡逑３．３研究?jī)?nèi)容逡逑以大洋錳結(jié)核為試驗(yàn)原料，鋸末為還原劑，優(yōu)化熱解同步還原條件，探逡逑宄鋸末熱解同步還原錳結(jié)核機(jī)理；考察在不同還原條件下，大洋錳結(jié)核中錳、逡逑銅、鈷、鎳和鐵等金屬的浸出行為；以同步還原過程中產(chǎn)生的焦油為碳前驅(qū)逡逑體，合成功能化碳量子點(diǎn)，并應(yīng)用于大洋錳結(jié)核還原焙燒－酸浸液中鐵、銅等逡逑離子的分析檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)多金屬浸出快速評(píng)估。具體研宄內(nèi)容如下：逡逑（１）

量測(cè)

本文編號(hào)：2766999