公布日：2022.06.10
申請(qǐng)日：2022.03.16
分類(lèi)號(hào)：C02F1/72(2006.01)I;B01J23/847(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵基非晶復(fù)合材料催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法。所述鐵基非晶復(fù)合材料，分子式為FexNbyB14Cuz，其中x選自83～84，y選自1～2，z選自0～1，并且x+y+z＝86。通過(guò)調(diào)整待降解廢水pH值至3～9后加入雙氧水，形成混合溶液，然后投加所述的鐵基非晶復(fù)合材料，攪拌混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物的降解。本發(fā)明的FeNbBCu非晶復(fù)合材料作為活性催化劑用于降解染料中的有機(jī)污染物，降解速率快，且循環(huán)使用穩(wěn)定性好，合金成本低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，且明顯沒(méi)有磷等的二次污染，在廢染料治理方面具有良好的應(yīng)用前景，對(duì)發(fā)展綠色和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種鐵基非晶復(fù)合材料在降解含酸性橙7染料的有機(jī)廢水中的應(yīng)用，其特征在于，所述鐵基非晶復(fù)合材料分子式為Fe83Nb2B14Cu1；所述鐵基非晶復(fù)合材料為厚度20μm～32μm的薄片狀；所述有機(jī)廢水中酸性橙7的濃度為20-100mg/L；具體包括以下步驟：步驟a：20～50℃條件下，調(diào)整溶液pH值為3～9，然后加入濃度為0.5～2mM的雙氧水，形成混合溶液，有機(jī)廢水和雙氧水的體積比為：250mL：10-150μL；步驟b：按照2～4g/L的用量向混合溶液中加入所述的鐵基非晶復(fù)合材料，在100r/min～600r/min條件下攪拌混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物的降解；所述鐵基非晶復(fù)合材料的制備步驟包括：（1）按照各元素的原子比稱(chēng)量Fe、Nb、B、Cu原料并混合，在600mbar的氬氣氣氛下熔煉得到母合金；（2）母合金加熱熔融制成熔體后利用壓強(qiáng)差將熔體打在旋轉(zhuǎn)的銅輥上，利用旋轉(zhuǎn)的銅輥甩出非晶條帶，即為所述鐵基非晶復(fù)合材料；所述步驟（1）中：Fe、Nb、B、Cu原料為純度分別為99.99%、99.99%、99.5%、99.99%的Fe、Nb、B、Cu單質(zhì)；混合時(shí)，B原料置于底層，F(xiàn)e、Nb、Cu原料混合后置于B上面；熔煉條件：15-30mA電流條件下熔煉至原料熔化后提高電流至80-100mA繼續(xù)熔煉1-2min；所述步驟（1）熔煉過(guò)程重復(fù)5次，每次熔煉結(jié)束后，隨爐冷卻至凝固后，合金錠翻轉(zhuǎn)進(jìn)行再次熔煉；所述步驟（2），壓強(qiáng)差為0.005～0.03MPa，銅輥轉(zhuǎn)速3500r/min～5000r/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，還包括降解結(jié)束后，取出鐵基非晶復(fù)合材料用水浸泡沖洗后循環(huán)利用。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、降解速率快、沒(méi)有二次污染的鐵基非晶復(fù)合材料作為活性催化劑降解廢水具有極好的工業(yè)應(yīng)用前景。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種鐵基非晶復(fù)合材料，分子式為FexNbyB14Cuz，其中x選自83～84，y選自1～2，z選自0～1，并且x+y+z＝86。
進(jìn)一步地，分子式為以下三種中的任意一種：Fe84Nb2B14，F(xiàn)e83Nb2B14Cu1，F(xiàn)e84Nb1B14Cu1；所述鐵基非晶復(fù)合材料為厚度為20μm～32μm的薄片狀。
本發(fā)明元素配比能制備出性能穩(wěn)定的非晶復(fù)合材料，Nb、B、Cu相互協(xié)同能夠抑制形核和晶核長(zhǎng)大，是制備母體材料的必需的配料。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二，上述鐵基非晶復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)按照各元素的原子比稱(chēng)量Fe、Nb、B、Cu原料并混合，在600mbar的氬氣氣氛下熔煉得到母合金；
(2)母合金加熱熔融制成熔體后利用壓強(qiáng)差將熔體打在旋轉(zhuǎn)的銅輥上，利用旋轉(zhuǎn)的銅輥甩出非晶條帶，即為所述鐵基非晶復(fù)合材料。
進(jìn)一步地，所述步驟(1)中：Fe、Nb、B、Cu原料為純度分別為99.99％、99.99％、99.5％、99.99％的Fe、Nb、B、Cu單質(zhì)；混合時(shí)，B原料置于底層，F(xiàn)e、Nb、Cu原料混合后置于B上面；熔煉條件：15-30mA電流條件下熔煉至原料熔化后提高電流至80-100mA繼續(xù)熔煉1-2min；熔煉過(guò)程中攪拌。
混合時(shí)，B原料置于下面，F(xiàn)e、Nb、Cu原料混合后置于B上面，并進(jìn)一步限定先用小電流熔煉，再用大電流熔煉可以避免導(dǎo)熱不好的B崩濺。
進(jìn)一步地，所述步驟(1)熔煉過(guò)程重復(fù)5次，每次熔煉結(jié)束后，隨爐冷卻至凝固后，合金錠翻轉(zhuǎn)進(jìn)行再次熔煉。
進(jìn)一步地，所述步驟(2)，壓強(qiáng)差為0.005～0.03MPa，銅輥轉(zhuǎn)速3500r/min～5000r/min。銅輥加熱溫度1000℃以上。
本發(fā)明的技術(shù)方案之三，一種鐵基非晶復(fù)合材料催化降解廢水中有機(jī)污染物的方法，使用上述鐵基非晶復(fù)合材料催化降解廢水中的有機(jī)污染物。
進(jìn)一步地，包括以下步驟：
步驟1：調(diào)整待降解廢水pH值至3～9后加入雙氧水，形成混合溶液；
步驟2：向混合溶液中投加上述鐵基非晶復(fù)合材料，攪拌混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物的降解。
進(jìn)一步地，所述待降解廢水為含酸性橙7染料的有機(jī)廢水，有機(jī)廢水中酸性橙7的濃度為20-100mg/L；具體包括以下步驟：
步驟a：20～50℃條件下，向待降解廢水中加入質(zhì)量濃度為5％的硫酸和/或1mol/L的氫氧化鈉，調(diào)整溶液pH值為3～9，然后加入濃度為0.5～2mM的雙氧水，形成混合溶液，有機(jī)廢水和雙氧水的體積比為：250mL：10-150μL；
步驟b：按照2～4g/L的用量向混合溶液中加入上述鐵基非晶復(fù)合材料，在100r/min～600r/min條件下攪拌混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)廢水中有機(jī)污染物的降解。
進(jìn)一步地，還包括降解結(jié)束后，取出鐵基非晶復(fù)合材料用水浸泡沖洗后循環(huán)利用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明的FeNbBCu非晶復(fù)合材料作為活性催化劑用于降解染料中的酸性橙7，其降解速率快，效果顯著，且循環(huán)使用穩(wěn)定性好，此外，合金成本低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，且明顯沒(méi)有磷等的二次污染，在廢染料治理方面具有良好的應(yīng)用前景，對(duì)發(fā)展綠色和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。
本發(fā)明鐵基非晶復(fù)合材料和現(xiàn)有技術(shù)中的其他鐵基非晶復(fù)合材料相比具有更加優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和工業(yè)生產(chǎn)窗口。其中Cu原子可以提供更多形核點(diǎn)，有利于細(xì)化晶粒，Nb原子作為大原子，可以抑制晶核生長(zhǎng)，B原子提高非晶更好的穩(wěn)定性和形成能力。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究按照Fe84Nb2B14，F(xiàn)e83Nb2B14Cu1，F(xiàn)e84Nb1B14Cu1的原子百分比才能制備出結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)異的非晶復(fù)合材料，受非晶合金非晶形成能力的限制，原子百分比發(fā)生變化后，制備出的材料的結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生很大的變化，用于降解后的效果會(huì)大打折扣。此外，該合金體系不含P、C等在高溫下易揮發(fā)的元素，在材料高溫熔煉工業(yè)化制備過(guò)程中能保證成分均勻，特別適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，對(duì)鐵基非晶復(fù)合材料污水處理的低成本、大規(guī)模應(yīng)用具有重要意義。
（發(fā)明人：謝小芬;楊衛(wèi)明;薛琳;余秀東;劉海順）
