NASICON型NaTi2(PO4)3材料的制备、器件组装及其对水体中微量可还原金属离子的还原回收
随着人们对能源和环境的日益关注，金属废水高效去除/回收策略的需求也日益增长。目前对工业上金属废水的处理方法仍然存在一些问题，如需要消耗大量化学试剂、运行成本较高、能够处理的浓度有限等。因此寻找一种清洁、高效、低成本的含金属废水处理技术仍具有重要意义。在过去几十年中储能领域的发展诞生了许多法拉第电极材料，这些材料除了用于电化学储能，还能够用于水处理。本文从法拉第电极材料NaTi2(PO4)3(NTP)出发，制定了一种还原性离子交换(Reductive Ion Exchange，RIE)策略处理/回收水体中的微量可还原金属离子，并通过组装器件模拟其对金属废水的处理效果。具体工作如下:1.NASICON型NaTi2(PO4)3电极的制备及性质研究 通过液相回流和外加碳源进行碳层修饰的热处理方法合成了边长约为100nm的碳包覆NaTi2(PO4)3纳米立方体(NTP/C)。NTP/C可以具有较小的极化率，比容量相比纯的NTP提高了62％，并且经过400次充放电仍能保持初始容量的85.7％。NTP/C出色的电化学性能归因于NTP/C的多孔纳米结构和碳层修饰。该方法提高了NTP/C的产率，可以实现NTP/C的大批量制备，并且解决了NTP固有导电性差的问题。合成的NTP/C不仅可以用于储能，还可以切实扩展到水处理领域，有助于推动NTP电极的实际应用。 2.NaTi2(PO4)3电极对水体中微量可还原金属离子去除/回收的应用研究 采用NTP膜作为还原性离子交换膜材料，设计并构建RIE装置处理金属废水。首先，预充电的NTP膜可以在Au、Ag、Cu、Pb多种金属溶液中快速还原出金属单质，还原出的金属单质松散的附着在NTP膜表面，很容易进行回收。其次，组装了简易装置测试NTP膜对微量金属离子溶液的处理/回收效果，对Au、Ag、Cu、Pb微量金属溶液可以达到从ppm到ppb水平的金属去除能力，去除效率高达98～99％。最后以AgNO3溶液为代表探究影响RIE处理效率的因素，发现NTP膜的卷绕程度、溶液流速、溶液中的溶解氧直接影响去除效果。NTP膜卷绕的膜间距越小、流速越低，RIE处理效率越高;溶解氧的存在会使溶液PH升高，提高前期的处理效率。经脱气处理的AgNO3溶液RIE能量效率约为93％，Ag单质的回收效率可以达到97％。这项工作不仅为废水中微量贵/重金属离子的处理/回收问题提出新的见解，还为法拉第电极材料的应用拓宽了思路。
含金属废水处理;法拉第电极材料;微量可还原金属离子;资源回收
山东大学
硕士
材料物理与化学
王挺
2021
中文
X703.1
2021-08-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）