一种用于高效降解染料的Fe-Si-B-P系非晶合金催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于高效降解染料的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种用于高效降解染料的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于非晶合金带材及其染料催化降解应用领域，具体涉及一种用于高效降解染料的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]非晶合金，由于其短程有序、长程无序的原子结构，具有很多优良特性，如高强度、高耐蚀性和某些独特的性能功能等，其基础科学意义和工程应用潜力日益受到人们的重视。在众多非晶合金体系中，Fe基非晶合金因性能优异、成本低廉，在应用研究领域引起了极大的关注。
[0003]近年来，随着化学化工工业的发展，合成染料应用广泛，但它在为世界提供缤纷色彩的同时，也让染料废水治理成为了难题。染料废水具有毒性和致癌性，不经处理排放会极大的破坏生态系统，造成严重后果，而且其一般具有色度高、组成复杂、有机物浓度大、稳定性好等特点，自然界中的需氧生物很难对其进行降解，因此探索一种有效的治理方法至关重要。高级氧化法(AOPs)因其对废水中难降解污染物的高效降解和高矿化率而被科研人员广泛研究。高级氧化法包括臭氧氧化、光催化、电化学氧化、芬顿氧化等，其中非均相Fenton/类Fenton氧化是研究的热点。在FeSiB非晶条带中添加P既可以有效增加条带的耐腐蚀性，同时条带降解性能优于未添加P元素之前，这是由于P元素可与Fe元素形成Fe
‑
P键，强Fe
‑
P键可与弱Fe
‑
B键形成原电池，加快条带表面电子传输，因此加快反应，加速染料降解，而原本的FeSiB条带为固溶体结构，不利于原电池形成。此外，Fe元素是芬顿/类芬顿反应的中心元素，理论上条带Fe含量越高越有利于降解反应的进行，但以往研究表明Fe元素含量过高，材料的非晶形成能力会下降，因此以往的Fe
‑
Si
‑
B中的Fe含量一般在80％以下，但用适当的P元素替换掉Si元素可以显著提高材料非晶形成能力能力，使制备高Fe含量的Fe基非晶合金材料成为可能。
[0004]2014年，Wang等人发现Fe
‑
Si
‑
B非晶合金条带与H2O2联用，能使罗丹明B几乎完全降解。近年来，研究证实Fe基非晶合金条带作为类Fendon试剂与过氧化物(如H2O2，S2O
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‑
and HSO5‑
等)联合应用催化降解染料废水，不仅可以快速活化过氧化物，产生超活性自由基，具有很强的转化有机污染物为无害物质的能力，而且在催化的实际操作中，条带的制备更为方便、简单，降解使用后也易于回收，同时反应中催化剂用量很低，甚至可以循环使用，使用成本低廉，为商业上广泛应用提供了重要基础。
[0005]合金具体成分会极大影响其性能，探索催化活性优异且稳定的染料降解材料具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种具有高的催化活性及稳定性的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材用于降解染料，从而解决现有催化剂在芬顿/类芬顿反应中易被腐蚀、不够稳定的问
题。
[0007]本专利技术为实现目的，采用如下技术方案：
[0008]一种用于高效降解染料的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂，其特点在于：所述催化剂为Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材，各元素按照原子百分数的成分构成为Fe
100
‑
x
‑
y
‑
z
Si
x
B
y
P
z
，0≤x≤20、0≤y≤20，0≤z≤10，优选为Fe
84
Si4B8P4。
[0009]优选的，所述Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材的厚度范围为20
‑
35μm。
[0010]本专利技术所述Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1、原材料的处理
[0012]取Fe、Si、Fe
‑
20％P和B原料，通过机械打磨、除油(碱洗除油或电解除油)、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质；
[0013]步骤2、母合金铸锭的制备
[0014]按照名义成分Fe
100
‑
x
‑
y
‑
z
Si
x
B
y
P
z
，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证合金成分均匀，母合金在炉内反复翻转熔炼4次以上，得到母合金铸锭；
[0015]步骤3、高真空甩带
[0016]利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，在高真空条件下将熔融态合金喷射到高速旋转的铜辊上，利用铜辊的导热将熔融态合金快速冷却，得到用于作为染料降解催化剂的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材。
[0017]本专利技术所述Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂的应用方法为：将Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材作为催化剂加入到待降解染料废水中，并加入Na2S2O8，常温下实现染料的降解。
[0018]本专利技术的有益效果体现在：
[0019]1、本专利技术的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材表现出优异的催化降解性能和非晶形成能力，是良好的染料降解催化剂，具有广泛的商业化应用前景。
[0020]2、本专利技术的非晶带材采用熔体旋淬法制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，能进行大规模工业化生产，得到的合金带材品质较高：本专利技术方法制备的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P带材同时具有非晶形成能力好、染料降解性能优异、在酸性溶液中催化效率更高等优点。
附图说明
[0021]图1为实施例1所得Fe
84
Si4B8P4非晶合金带材的X射线衍射图谱。
[0022]图2为实施例1所得Fe
84
Si4B8P4非晶合金带材的DSC曲线。
[0023]图3为实施例1所得Fe
84
Si4B8P4非晶合金带材作为催化剂对不同pH的200p本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高效降解染料的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂，其特征在于：所述催化剂为Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金带材，各元素按照原子百分数的成分构成为Fe
100
‑
x
‑
y
‑
z
Si
x
B
y
P
z
，0≤x≤20、0≤y≤20，0≤z≤10。2.根据权利要求1所述的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂，其特征在于：各元素按照原子百分数的成分构成为Fe
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Si4B8P4。3.根据权利要求1或2所述的Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂，其特征在于：所述Fe
‑
Si
‑
B
‑
P非晶合金系带材的厚度范围为20
‑
35μm。4.一种权利要求1～3中任意一项所述Fe
‑
Si
‑
B
‑
P系非晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、原材料的处理取Fe、Si、Fe
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，鲁迪，许苏，张发宝，陆禹，甘雨，吴东燕，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：