【摘 要】
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锌锰电池作为一种便携的储能装置,在人们的日常生活中无处不在。但其作为一次电池,不可避免的会在使用过程中产生大量废旧电池,不当的处置会对环境造成严重的污染,危害人体健康。目前一些常用的电池回收方法存在污染严重、成本高等问题。为了更好的利用废旧锌锰电池,将其电极材料用作催化剂处理有机废水,实现资源化利用。将回收的正极材料用作催化剂与单过硫酸盐(PMS)构成高级氧化体系对有机废水进行降解处理;将回收的负
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锌锰电池作为一种便携的储能装置,在人们的日常生活中无处不在。但其作为一次电池,不可避免的会在使用过程中产生大量废旧电池,不当的处置会对环境造成严重的污染,危害人体健康。目前一些常用的电池回收方法存在污染严重、成本高等问题。为了更好的利用废旧锌锰电池,将其电极材料用作催化剂处理有机废水,实现资源化利用。将回收的正极材料用作催化剂与单过硫酸盐(PMS)构成高级氧化体系对有机废水进行降解处理;将回收的负极材料用作光催化剂对有机废水进行光催化降解,并通过表面改性的的方法增强其可见光下催化性能。本论文的具体研究结论如下:(1)通过拆解得到了废旧锌锰电池的正极材料,并对其结构性质进行表征,揭示了不同剩余电量下的废旧锌锰电池正极材料的主要组分为Mn O2/C。构建了Mn O2/C/PMS反应体系降解亚甲基蓝(MB),研究了不同p H、催化剂用量、PMS用量和温度等对Mn Ox/C降解MB性能的影响以及反应体系的催化降解机理。结果表明,在初始p H为3,催化剂用量为0.5 g L-1,氧化剂用量为200 mg L-1,温度为30℃的反应条件下,Mn O2/C对MB的去除率为98.4%。Mn Ox/C通过吸附作用去除一部分MB,反应体系中Mn作为主要的电子供体活化PMS产生~1O2,·OH和SO4·-等活性物种降解MB。通过密度泛函理论计算结合高效液相质谱仪确定了MB在反应体系中的降解路径。(2)将废旧锌锰电池的负极材料经过低温氧化后得到目标催化剂,通过表征明确了其主要成分为Zn O,并对其光学性质进行表征分析,表明其对紫外光具有较强的吸收能力。构建了UV/Zn O反应体系对MB进行降解处理,在不同初始p H、催化剂用量、MB初始浓度和温度下考察Zn O对MB的降解性能。结果表明,在初始p H为5,MB初始浓度10 mg L-1,催化剂用量为0.5 g L-1,温度为25℃的反应条件下,MB去除率可达到84.4%。紫外光条件下,Zn O内部的光生电子在导带位置能与O2结合生成·O2-,价带位置产生的h+能与H2O生成·OH,自由基捕获实验确定了·OH,·O2-和h+的存在。(3)采用多巴胺(Dopamine,DA)聚合的方法在Zn O表面形成聚多巴胺层,在800℃下对其进行煅烧,制备了一系列Zn O/Cx复合光催化剂。构建了可见光/Zn O/Cx光催化反应体系降解MB。结果表明,随着DA掺杂量的不断提高,Zn O/Cx的可见光吸收能力也在不断增强,当DA与Zn O的摩尔比为1:20,在反应p H为3,MB初始浓度10 mg L-1,催化剂用量为0.5 g L-1的反应条件下,Zn O/Cx对MB的去除率最高(98.2%)。高的催化活性归因于快速的电子迁移速率和e-/h+分离效率。自由基捕获实验表明反应体系中的主要活性物质为h+和·O2-,·OH,·O2-主要来自光生电子与O2相结合生成,·OH主要来自价带位置产生的h+与H2O相结合生成。
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