以白云鄂博稀土尾礦為原料制備稀土基摻雜型復(fù)合氧化物催化材料的研究.pdf

1、我國(guó)超過(guò)一半以上的稀土資源來(lái)自于內(nèi)蒙古包頭的白云鄂博稀土礦床中，該礦經(jīng)開采、浮選以及分離處理后會(huì)產(chǎn)生鐵精礦和稀土尾礦，由于采選工藝落后等因素使稀土尾礦中仍含有部分的可回收資源，例如赤鐵礦、獨(dú)居石和氟碳鈰礦等。這些稀土尾礦如無(wú)法得到有效利用，會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)，并產(chǎn)生重大環(huán)境問(wèn)題，因此急需找到一條合理、可行、綠色、高效的尾礦綜合利用途徑。與此同時(shí)，在化石能源逐漸枯竭、全球環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天，加速發(fā)展廉價(jià)易得的非貴金屬氧化物電催化劑是

2、推動(dòng)清潔、高效的燃料電池走向產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路。鐵-鈰復(fù)合氧化物基電催化材料由于其廉價(jià)易得、原材料儲(chǔ)量大以及良好的催化性能，近年來(lái)在燃料電池氧還原催化領(lǐng)域一直備受關(guān)注。而稀土尾礦中同時(shí)含有Fe，Ce元素以及Al，Mg，Co，K等微量元素，前者可作為催化劑的主要活性組分，后者則以摻雜的方式進(jìn)入到催化劑中，起到助催化劑的作用，在提升電催化材料的導(dǎo)電率、催化輕度和穩(wěn)定性方面有著不可多得的天然優(yōu)勢(shì)。
　　針對(duì)白云鄂博稀土尾礦高值化利用這一重

3、大課題，本文擬將稀土尾礦不經(jīng)深度分離提純直接制備稀土基摻雜型復(fù)合氧化物催化材料，重點(diǎn)探索稀土尾礦的化學(xué)組成、溶液化學(xué)、沉淀行為等理化特性，并基于其溶解和沉淀化學(xué)，通過(guò)調(diào)節(jié)稀土尾礦酸浸液溶液的pH值，將稀土尾礦中Fe和Ce等富含元素轉(zhuǎn)化為尺寸和形貌可控的稀土基復(fù)合氧化物催化材料(CeO2-Fe2O3)，而微量元素Al， Mg，Co，K作為助催化劑摻入到稀土基復(fù)合氧化物的晶格當(dāng)中，從而制備得到以稀土基復(fù)合氧化物CeO2-Fe2O3為基質(zhì)、微

4、量元素Al，Mg，Co，K為摻雜離子的摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料(CeO2-Fe2O3)，并系統(tǒng)評(píng)價(jià)其在燃料電池陰極氧還原反應(yīng)領(lǐng)域中的電催化性能，以期獲得高價(jià)值的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的稀土尾礦的摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料，實(shí)現(xiàn)其在能源催化轉(zhuǎn)化和環(huán)境催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文第一章為緒論部分，主要綜述了稀土尾礦綜合利用的現(xiàn)狀、燃料電池陰極氧還原反應(yīng)的電催化劑的研究進(jìn)展，確立了本文的選題依據(jù)，提出了將稀土尾礦不經(jīng)深度分離提純直接

5、制備摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料的稀土尾礦綜合利用的新途徑。
　　本文第二章以白云鄂博稀土尾礦為研究對(duì)象，采用X射線粉晶衍射儀(XRD)和X射線熒光光譜（XRF）等研究方法，深入研究了稀土尾礦的物相與化學(xué)成分、溶液化學(xué)、溶解劑沉淀行為等特性，通過(guò)對(duì)稀土尾礦進(jìn)行球磨、酸浸、沉淀等加工處理，獲得了可用于制備摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料的稀土基復(fù)合氫氧化物前軀體。
　　本文第三章以前述所得的稀土基復(fù)合氫氧化物前驅(qū)體為原料，采用

6、水熱/溶劑熱方法，通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH值、表面活性劑種類、溶劑類型及其他反應(yīng)條件，制備了摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料。利用X射線粉晶衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段，對(duì)摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料的結(jié)構(gòu)、組成、相態(tài)、尺寸和形貌等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并通過(guò)線性掃描、圓盤電極測(cè)試等電化學(xué)方法對(duì)其催化燃料電池陰極氧還原反應(yīng)的催化性能進(jìn)行了初步研究。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)控稀土尾礦溶液酸浸pH值獲得不同氫氧化

7、物沉淀物并以其為前驅(qū)體，使用不同表面活性劑可得到具有不同尺寸和形貌的摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料。通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件，所得摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料對(duì)氧還原反應(yīng)催化的半波電位可達(dá)0.78 V，已經(jīng)具有了較好的氧還原電催化性能，為稀土尾礦制備高附加值摻雜型稀土基復(fù)合氧化物催化材料，實(shí)現(xiàn)稀土尾礦的無(wú)尾化綜合利用提供了一條簡(jiǎn)便、廉價(jià)、高附加值的利用途徑。
　　本文第四章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)論文限于時(shí)間未完成的研究?jī)?nèi)容和下一步研究工