生物浸出法从含钒矿物中提取钒及选择性吸附富集研究

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钒广泛应用于钢铁行业,且其在化工、钒电池、航空航天等领域的应用日益剧增,因此钒的提取及回收引起广泛关注。传统钒提取与回收工艺浪费严重、产品杂质多,且容易造成严重的环境污染,因此探究钒的新型提取回收工艺尤为重要。采用混合好氧异养微生物生物浸出石煤中的钒,结果显示好氧异养微生物可从石煤中有效提取钒。在前三个周期中,钒浸出浓度保持在较高水平,最高浸出浓度分别达到0.659 mg/L,0.676 mg/L和0.707 mg/L。反应后在石煤表面发现明显的腐蚀坑,石煤中V(V)含量显著降低。高通量16S r RNA基因测序分析发现,金属氧化菌属Acidovorax,Delftia及利于金属浸出菌属Pseudomonas在浸出体系中富集明显。用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌提取不同含钒矿物中的钒,结果发现石煤和熟料的浸出效果较好。泥浆密度、接种量、初始pH和初始Fe2+浓度对浸出效果有影响,在泥浆密度为3%、接种物为10%、初始pH为1.8、初始Fe2+浓度为3g/L的条件下,石煤和熟料的回收率均可达到最大值,分别为50%和59%。X射线荧光光谱与能谱分析均证实矿物中的钒含量减少。浸出前后矿物中的钒形态分析结果表明,嗜酸性氧化亚铁硫杆菌主要把石煤和熟料中以酸提取态及可氧化态形式存在的钒有效浸出。合成一种纳米离子交换树脂型吸附剂HZO-201,探究其选择性吸附回收钒的效果。与原始树脂相比,HZO-201的吸附性能更佳,钒的吸附量高达120mg/g,在竞争离子存在时,其选择性吸附钒的特性更优。选用5%NaOH+10%NaCl进行解吸,解吸率为91.2%。HZO-201对钒吸附的动力学符合Pseudo-Second-Order Model模型,吸附热力学符合Langmuir模型。综上,本研究利用环境友好的生物浸出技术提取矿物中的钒,并开发新型吸附剂HZO-201选择性富集钒,形成一个完整的从矿物中提取回收钒的新型工艺。研究结果为含钒矿物的绿色冶炼提供了可靠的理论依据与技术支撑。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
第1章 绪论第9-21页
    1.1 研究背景第9-10页
        1.1.1 钒的性质及应用第9页
        1.1.2 钒矿资源及分布第9-10页
    1.2 提钒工艺研究概况第10-13页
    1.3 生物浸出研究概况第13-17页
        1.3.1 浸出微生物第13-14页
        1.3.2 微生物浸出机理第14-15页
        1.3.3 影响因素第15-16页
        1.3.4 研究现状及优势第16页
        1.3.5 微生物浸出钒研究进展第16-17页
    1.4 含钒溶液中回收钒的研究概况第17-18页
        1.4.1 回收方法第17-18页
        1.4.2 离子交换法回收钒研究及应用现状第18页
    1.5 研究目的、内容及创新点第18-20页
        1.5.1 研究目的第18-19页
        1.5.2 研究内容第19页
        1.5.3 研究创新点第19-20页
    1.6 技术路线第20-21页
第2章 混合好氧异养微生物浸出钒性能研究第21-34页
    2.1 引言第21页
    2.2 材料与方法第21-24页
        2.2.1 实验材料第21-23页
        2.2.2 实验步骤第23-24页
        2.2.3 物化分析方法第24页
        2.2.4 微生物分析与表达第24页
    2.3 结果与讨论第24-32页
        2.3.1 生物浸出性能第24-27页
        2.3.2 物理表征第27-28页
        2.3.3 微生物分析第28-32页
    2.4 本章小结第32-34页
第3章 嗜酸性氧化亚铁硫杆菌浸出钒性能研究第34-54页
    3.1 引言第34页
    3.2 材料与方法第34-41页
        3.2.1 实验材料第34-37页
        3.2.2 实验步骤第37-39页
        3.2.3 测试方法第39-41页
    3.3 结果与讨论第41-53页
        3.3.1 生物浸出性能第41-44页
        3.3.2 影响因素第44-49页
        3.3.3 物理表征第49-52页
        3.3.4 形态分析第52-53页
    3.4 本章小结第53-54页
第4章 改性离子交换树脂选择性吸附钒的研究第54-66页
    4.1 引言第54页
    4.2 材料与方法第54-57页
        4.2.1 实验材料第54-55页
        4.2.2 实验步骤第55-56页
        4.2.3 测试方法第56-57页
    4.3 结果与讨论第57-64页
        4.3.1 HZO-201物理表征第57-58页
        4.3.2 HZO-201吸附性能第58-60页
        4.3.3 静态吸附第60-64页
        4.3.4 动态吸附第64页
    4.4 本章小结第64-66页
第5章 结论与建议第66-68页
    5.1 结论第66-67页
    5.2 建议第67-68页
致谢第68-69页
参考文献第69-77页
附录第77页
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