白炭黑的制备酸浸动力学及应用研究

论文摘要

高岭土作为一种重要的工业原料得到广泛应用,但经酸浸提取了有价金属后产生的大量酸浸渣的综合利用率很低,并且废渣占用土地,污染环境,因此合理处理高岭土渣也就成为了一项紧迫的任务。高岭土渣的主要成分为无定形的二氧化硅,SiO2含量约为81%,因此是生产白炭黑的理想原料。本论文系统地研究了机械研磨对高岭土渣制备白炭黑样品的物理化学性能的影响。高岭土渣研磨不同时间后在100℃用盐酸（20wt.%）酸浸反应2h。采用x-射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、粒度分析、比表面分析及Si02含量分析对样品进行检测,结果表明机械研磨使得高岭土渣的晶体结构受到破坏,样品的无定形度随着研磨时间的延长而增加；Si-O-Al和Al-OH键随研磨时间的延长强度逐渐减弱,有利于样品的进一步酸浸；同时机械研磨导致粉体颗粒粒度变小。制备的白炭黑样品中SiO2含量随研磨时间的延长逐渐增大,最大值大于92%,样品的比表面积最大值为167.84 m2／g,但是随着研磨时间的继续延长,Si02含量和比表面积都呈下降趋势。晶体结构的破坏和无定形化有利于酸浸过程的进行,从而使白炭黑样品的SiO2含量和孔结构得到改善。对高岭土渣酸浸动力学的研究发现,经过机械研磨处理后,高岭土渣的酸浸反应活化能降低。高岭土渣未研磨酸浸反应活化能为43.01 kJ/mol,研磨活化4h后酸浸反应活化能为23.96 kJ/mol,表明高岭土渣未研磨浸出过程属于化学反应控制,经过机械研磨活化4h后浸出过程为固体产物层内扩散控制。机械研磨对高岭土渣有很好的活化效果,对浸出过程具有显著的影响。为了探索白炭黑作为催化剂载体应用的可能性,采用溶胶-凝胶法改性白炭黑,采用浸渍法制备了一系列不同钛硅比（摩尔比）的V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂,利用XRD、IR和比表面分析对催化剂样品的结构进行了表征,并对样品催化降解气相邻二氯苯（o-DCB）的性能进行了评价。研究结果表明,不同钛硅比对催化剂的结构和催化活性有显著影响,钒在载体表面处于高度分散状态,随着钛硅比值的增大,催化剂对o-DCB的降解率先增大后减小,当钛硅比为2：8,催化反应温度为350℃时,催化剂对o-DCB具有最高的降解效率,降解率为80.0%。通过研究,筛选出了适宜的钛硅比催化剂载体,拓宽了白炭黑的应用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 白炭黑的基本性质
• 1.2 白炭黑的制备方法
• 1.2.1 气相法
• 1.2.2 沉淀法
• 1.2.3 非金属矿法
• 1.2.4 禾本科植物法
• 1.3 白炭黑的应用
• 1.3.1 在橡胶中的应用
• 1.3.2 在涂料和油墨中的应用
• 1.3.3 在塑料中的应用
• 1.3.4 在粘接剂和密封剂中的应用
• 1.3.5 在医药、农药、化妆品中的应用
• 1.3.6 作为催化剂载体
• 1.4 课题的研究意义及内容
• 第二章 由高岭土渣制备白炭黑的工艺过程
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及实验方法
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 主要试剂
• 2.2.3 实验仪器及设备
• 2.2.4 白炭黑样品的制备
• 2.2.5 样品的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 研磨介质对白炭黑性能的影响
• 2.3.2 钢球磨不同时间对白炭黑制备的影响
• 2.3.3 产品性能检测
• 2.4 本章小结
• 第三章 高岭土渣酸浸动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及实验方法
• 3.2.1 化学试剂
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3.2.3 酸浸出试验
• 3.2.4 分析方法
• 3.3 酸浸动力学研究
• 3.3.1 高岭土渣酸浸动力学
• 3.3.2 机械研磨活化后的高岭土渣酸浸动力学
• 3.3.3 酸浸反应的表观活化能
• 3.4 本章小结
• 2复合催化剂的制备及其性能'>第四章 SiO₂复合催化剂的制备及其性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料及实验方法
• 4.2.1 化学试剂
• 4.2.2 实验仪器及设备
• 2-SiO₂载体的制备'>4.2.3 TiO₂-SiO₂载体的制备
• 2O₅-WO₃/TiO₂-SiO₂催化剂的制备'>4.2.4 V₂O₅-WO₃/TiO₂-SiO₂催化剂的制备
• 4.2.5 载体和催化剂的表征
• 4.2.6 催化性能检测
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果