微波等离子体还原钛铁矿过程分析及产物应用研究

论文摘要

随着钛工业的持续发展、钛资源需求的不断提高以及天然金红石的日益衰竭使得钛铁矿资源逐步取代天然金红石，成为钛工业生产的最大自然资源。传统钛铁矿加工工艺中，不可避免地产生“三废”污染物，并且其利用效率较低。因此，设计钛铁矿还原新工艺，降低环境污染，提高产物利用率具有现实意义。本论文以钛铁矿为原料，利用微波等离子体技术还原钛铁矿，对钛铁矿的还原过程进行了分析，并研究了所制备的复合粉体的光催化性能及吸附性能。具体内容包括以下几个方面：（1）利用等离子体技术对钛铁矿进行了还原处理，分析了不同反应条件对还原过程的影响。结果表明，微波功率、反应时间及气源种类直接影响还原产物的物相及形貌。分析还原过程的动力学结果表明：纯氢气条件下还原动力机理属于化学反应速率控制；掺入定量的甲烷，促进了钛铁矿的还原，钛铁矿的还原动力学机理发生改变；在高浓度甲烷条件下的还原过程符合杨德方程拟合。根据动力学研究结果，提出了钛铁矿在纳米碳管作用下的“破碎模型”，该模型很好地解释了高浓度甲烷下的还原过程符合杨德方程的现象。（2）研究了二氧化钛/纳米碳管复合粉体的光催化性能。由于纳米碳管和二氧化钛的协同作用，所获得的复合粉体具有比P25更为优异的光催化性能，且在可见光下更为突出。（3）采用等离子体技术对产物中纳米碳管进行改性，分析了改性后纳米碳管对重金属离子的吸附性能。结果表明，等离子体处理使纳米碳管的表面形成一些含氧官能团，该官能团可以同待吸附物正负离子吸引，形成化学吸附，提高吸附能力。随着纳米碳管和负载的官能团含量增加，吸附效率有效的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 钛铁矿简述
• 1.2 钛铁矿还原技术分析
• 1.2.1 钛铁矿非碳热还原
• 1.2.2 钛铁矿常规碳热还原
• 1.2.3 钛铁矿微波碳热还原及其他碳热还原
• 1.3 课题背景及研究目的
• 1.3.1 课题背景
• 1.3.2 复合粉体的制备及动力学分析
• 1.3.3 复合粉体的应用研究
• 第2章 微波等离子体还原钛铁矿产物研究
• 2.1 实验材料及装置
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备及仪器
• 2.2 钛铁矿微波等离子体还原工艺
• 2.3 产物表征
• 2.4 钛铁矿在氢气气氛还原
• 2.4.1 还原时间对产物的影响
• 2.4.2 微波功率对还原的影响
• 2.5 钛铁矿在氢气和甲烷气氛下还原
• 2.5.1 不同甲烷浓度对还原的影响
• 2.5.2 还原时间对还原的影响
• 2.5.3 微波功率对还原的影响
• 第3章 微波等离子体还原钛铁矿动力学分析
• 3.1 化学反应动力学基础
• 3.1.1 化学速率控制方程
• 3.1.2 扩散控制方程
• 3.2 钛铁矿微波等离子体还原动力学计算分析
• 3.3 微波等离子体还原“破碎模型”
• 第4章 还原产物复合粉体光催化性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品及装置
• 4.1.2 实验步骤
• 4.2 复合粉体光催化性能结果及分析
• 4.3 复合粉体同传统光催化剂光催化性能的比较
• 4.3.1 紫外光照射光催化性能的比较
• 4.3.2 可见光照射光催化性能的比较
• 第5章 还原产物复合粉体吸附性能研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验药品及装置
• 5.1.2 实验步骤
• 5.2 氧等离子体改性对复合粉体吸附性能影响及分析
• 5.3 溶液 pH 值对复合粉体吸附性能影响及研究
• 5.4 吸附温度对复合粉体吸附性能影响及研究
• 5.5 复合粉体的含量对重铬酸钾的吸附能力研究
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表的论文
• 致谢