利用废锌锰干电池制备纳米氧化锌粉体

利用废锌锰干电池制备纳米氧化锌粉体
废弃的锌锰干电池含有大量的有用元素,尤其是既做电池的负极又兼做容器的锌皮,在电池的电能消耗完后,仍有大量剩余。

据相关资料介绍,每节干电池放电完毕后,仍有70%~75%的锌未参加反应,因此,有大量未反应的电解锌(纯度99 9%)残存于干电池中。

我们以废锌锰干电池的锌皮为主要原料,经过中温固相反应,得到高品质的纳米氧化锌粉体,并对产品进行了检测。

1 试验部分
1 1 仪器、试剂与材料
仪器:LCP- 型差热膨胀仪(中国上海大华仪器厂);H-800型透射电子显微镜(日本日立公司); D/MAX-rB型X-射线衍射仪;RJX-8-13型马弗炉(天津实验电炉厂)。

试剂:质量分数为98%的浓硫酸、无水碳酸钠。

材料:某牌5号废锌锰干电池。

1 2 试验方法
1 2 1 用废锌锰干电池的锌皮制备硫酸锌晶体
取5号电池20节,剥取锌皮,锌皮经洗涤、烘干后,在分析天平上称重为59 8012g。

量取60m L 质量分数为98%的浓硫酸,在搅拌下缓缓注入盛水的烧杯中,稀释到500m L,然后放入锌皮,使其进行反应,反应比较剧烈并有大量气泡产生。

反应完全后,对反应液进行过滤,最后将反应液定容到1000 mL的容量瓶中,备用。

从容量瓶中量取300m L溶液于蒸发皿中,用酒精灯垫石棉网加热,加热过程不断搅拌(防止局部过热),待表面有薄层结晶出现后,停止加热,自然冷却后析出大量晶体。

用抽滤瓶抽滤,并用去离子水洗涤2次,得到ZnSO47H2O晶体。

把得到的ZnSO47H2O晶体在室温下放置一段时间,得到比较干燥的ZnSO47H2O晶体,用分析天平称重,质量为46 0162g。

1 2 2 前驱体碳酸锌的制备
称取ZnSO47H2O晶体29 0g,研磨10min,再称取12 0g无水碳酸钠,研磨10m in,将二者充分混合后再研磨10min,然后在烘箱内100!的温度下将其干燥2h,得到前驱体ZnCO3。

1 2 3 纳米氧化锌粉体的制备和纯化
取一定量干燥后的前驱体,用LCP- 型差热膨胀仪进行差热分析,从前驱体ZnCO3的差热分析
行了再生试验。

首先使用140!蒸汽对吸附剂进行再生,芳烃回收率仅为22 8%,而且回收的芳烃呈现浅黄色,效果不理想。

然后用N2对吸附剂进行再生,再生条件为:N2压力0 2M Pa,加热器出口温度180!,冷却水温度30!,空速100h-1。

吸附剂再生结果如表3所示。

表3 不同吸附剂的多次吸附∀脱附性能比较
项目X-2X-8M-440M-441首次脱附率,%79.744.876.170.9
二次脱附率,%94.6126.6104.996.5
三次脱附率,%123.876.290.494.6
试验表明,使用N2对吸附了芳烃的吸附剂进行再生优于使用蒸汽再生,前者的脱附率明显高于后者。

回收芳烃中仅含有很少量的水珠,说明H2O2生产尾气中的含水量很低。

3 结论
a)在100~1000h-1空速范围内,所选吸附剂对H2O2生产尾气中的C9芳烃的饱和吸附率可达到20%~30%,平均脱除率大于90%。

b)X-2、M-440系列吸附剂对芳烃的饱和吸附率大于30%。

c)空速对吸附剂的吸附效果影响较小,而温度的影响则较为明显。

d)用N2对吸附了芳烃的吸附剂进行再生效果较好。

e)以本法处理H2O2生产尾气,回收其中的芳烃,技术可行,操作简便,经济效益好,可显著降低生产成本。

f)处理后的尾气总芳烃质量浓度小于350 mg/m3,可达到排放标准。

郭玉峰,刘卫江,周广林,周红军
(齐鲁石化公司研究院,山东淄博255400)
周云峰,杜乐升
(高密泰鸿化工有限公司,山东高密261500)
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化 工 环 保
EN VI RONM EN T AL P ROT ECT ION OF CHEM ICAL INDU ST RY
2004年第24卷第1期
图可以确定前驱体的开始分解温度为270!,其分解完的温度为350!。

因此,确定ZnCO 3的焙烧温度为400!。

在RJX-8-13型马弗炉中400!的温度下将ZnCO 3焙烧1h,得到微黄色的纳米ZnO 粉体。

将焙烧后的ZnO 粉体用去离子水洗至无SO 4
2-
,再用无水乙醇洗涤3次,减压过滤,然后在
烘箱中120!的温度下进行干燥,得到纯净的纳米ZnO 粉体。

用废锌锰干电池制备纳米ZnO 过程发生的主要化学反应如下:
Zn+H 2SO 4ZnSO 4+H 2# ZnSO 4 7H 2O+N a 2CO 3Na 2SO 4+ZnCO 3+7H 2O
ZnCO 3
∃
ZnO+CO 2#
2 氧化锌粉体的X-射线衍射、透射电镜分析2 1 氧化锌粉体的X-射线衍射分析
氧化锌粉体的X-射线衍射谱见图1。

图1 400!时焙烧生成的氧化锌粉体的X-射线衍射谱 从图1中的曲线可以看出,衍射峰尖锐,说明该样品的结晶性能很好。

以峰的位置和强度与粉末衍射标准联合委员会(JCPDS)的粉末衍射卡进行对照,衍射数据的d 值与卡基本一致,且峰很整齐没有杂质峰,说明产品中无其他杂质。

2 2 产品粒径的计算
根据谢乐公式对No.1、2、3、4、5、6、8峰进行粒子粒径的计算,结果分别为17、17、17、17 8、18 55、19 2、19 9nm,由以上数据计算得ZnO 粒径的平均值为18 1nm 。

2 3 氧化锌粉体的透射电镜检验结果
根据氧化锌粉体的透射电镜检验结果(放大10万倍)推算出纳米ZnO 的粒径在20nm 左右,与谢乐公式计算的结果基本一致。

3 结论
用废锌锰干电池的锌皮与硫酸反应制备硫酸锌溶液,待溶液浓缩结晶后得到硫酸锌晶体,将该晶体与无水碳酸钠分别研磨后在100!的烘箱内干燥2h,制得前驱体碳酸锌。

采用中等温度下的固相反应法,在400!的温度下焙烧前驱体碳酸锌,洗涤、干燥后得到纳米ZnO 粉体。

用该法制得的ZnO 粉体纯度高,粒径在18 1nm 左右,且粒度分布窄,结晶性能好。

用废锌锰干电池为原料制备纳米ZnO 粉体,将废物利用与新材料的制备结合起来,这对于减少废电池对环境的污染与资源的再生利用具有重要意义。

佟琦,相云飞
(燕山大学环境与化学工程系,河北秦皇岛066004)
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