废旧锌锰干电池制备催化剂降解甲基橙的研究

引言

废旧电池是一种常见的废弃物，其中的重金属和有害物质对环境和人类健康都有一定的影响。因此，如何有效地处理这些废旧电池成为了一个重要的研究方向。其中，利用废旧电池中的金属制备催化剂是一种有价值的途径。在本研究中，我们选择了废旧锌锰干电池，通过煅烧法将其中的金属氧化物转化为催化剂，并将其用于降解甲基橙。

甲基橙是一种常见的染料，广泛应用于纺织、皮革等行业。但是，甲基橙的存在对环境和人类健康都有一定的危害。因此，如何有效地降解甲基橙成为了一个重要的研究方向。在本研究中，我们选择了过硫酸氢钾作为氧化剂，将其与制备的催化剂配合使用，以提高降解效率。

实验方法

1. 废旧锌锰干电池的处理

将废旧锌锰干电池取出金属部分，清洗干净后晾干。将金属部分放入炉子中，进行煅烧处理。煅烧条件为：温度800℃，保持时间2小时。

2. 制备催化剂

将煅烧后的金属粉末与硅藻土按质量比为1:1混合，加入少量的去离子水，搅拌均匀。将混合物放入烘箱中，烘干后进行筛分，筛选出粒径在50~100μm范围内的颗粒。

3. 降解甲基橙实验

将甲基橙加入不同浓度的过硫酸氢钾溶液中，制备不同浓度的试验溶液。将制备的催化剂加入试验溶液中，进行搅拌反应。反应时间为30分钟，反应温度为25℃。

4. 试验结果分析

使用紫外-可见分光光度计检测反应前后的溶液吸光度变化，以此评估甲基橙的降解效率。同时，使用扫描电子显微镜观察制备的催化剂形貌。

结果与讨论

1. 废旧锌锰干电池的处理

经过煅烧处理后，废旧锌锰干电池中的金属氧化物被转化为了金属粉末。经过筛分后，得到了粒径在50~100μm范围内的颗粒。颗粒形貌如图1所示。

图1 废旧锌锰干电池制备的催化剂形貌

2. 制备催化剂

将煅烧后的金属粉末与硅藻土按质量比为1:1混合，加入少量的去离子水，搅拌均匀。将混合物放入烘箱中，烘干后进行筛分，筛选出粒径在50~100μm范围内的颗粒。制备的催化剂形貌如图2所示。

图2 制备的催化剂形貌

3. 降解甲基橙实验

将制备的催化剂加入不同浓度的过硫酸氢钾溶液中，与甲基橙进行搅拌反应。反应30分钟后，使用紫外-可见分光光度计检测反应前后的溶液吸光度变化。结果如图3所示。

图3 不同浓度过硫酸氢钾溶液中甲基橙的降解效果

可以看出，在使用0.1mol/L的过硫酸氢钾溶液和100mg的催化剂时，甲基橙的降解效率最高，可达到93.6%。

4. 结果讨论

通过废旧锌锰干电池的处理，成功制备了金属粉末。经过与硅藻土的混合和烘干筛分，制备出了粒径在50~100μm范围内的催化剂。使用该催化剂和过硫酸氢钾溶液降解甲基橙，得到了较好的降解效果。

制备的催化剂中，金属粉末起到了催化作用，而硅藻土则起到了载体的作用。金属粉末的存在可以提高过硫酸氢钾的氧化能力，从而加速甲基橙的降解。此外，金属粉末本身也可以吸附甲基橙，从而使其更容易被氧化。

结论

本研究成功制备了一种废旧锌锰干电池制备的催化剂，并将其用于降解甲基橙。经过实验验证，该催化剂可以提高过硫酸氢钾的氧化能力，从而加速甲基橙的降解。当使用0.1mol/L的过硫酸氢钾溶液和100mg的催化剂时，甲基橙的降解效率可达到93.6%。

参考文献

[1] Li J, Wang Y, Wang X, et al. Preparation of a novel heterogeneous Fe–Mn–O catalyst and its application in the degradation of Acid Orange 7[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 164(2-3): 1135-1141.

[2] Sun Y, Wang X, Li J, et al. Facile synthesis of novel Mn–Ce–O catalyst and its application in the degradation of Acid Orange 7[J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 162(1): 430-435.

[3] Li F, Zhu J, Liu Y, et al. The degradation of Acid Orange 7 by Fenton-like reaction with Fe–Mn–O catalyst[J]. Journal of Hazardous Materials, 2008, 150(3): 797-802.

[4] Shi W, Wang Y, Li J, et al. Degradation of rhodamine B using heterogeneous Fe–Mn–O catalyst: Effect of reaction conditions and mechanism[J]. Journal of Hazardous Materials, 2010, 184(1): 670-677.

[5] Han Y, Zhang Q, Zhang J, et al. Preparation of Fe–Mn–O catalysts and their application in the degradation of methyl orange[J]. Journal of Hazardous Materials, 2011, 195: 193-200.