一种用于污水处理的材料及制备方法与应用与流程

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种用于污水处理的材料及制备方法与应用。

背景技术：

目前，纺织、皮革、造纸、印刷等行业排放的含偶氮染料的废水已经对水资源和环境造成了严重破坏。偶氮染料在染料行业所占比例超过50%。因此经济、环保、高效地处理偶氮染料废水具有重要的实际意义。

传统的印染废水处理方法有：物理法(活性炭等多孔材料吸附)、化学法(零价态金属降解,如零价fe等)和生物技术法(微生物降解)，其中工艺主要包括了活性污泥工艺、生物膜工艺、厌氧-好氧工艺和生物铁工艺等，大多数传统物理和化学法工艺是依靠吸附、沉降技术将污染物转移，但容易造成二次污染且无法实现彻底降解，且还存在以下缺点：1)污泥量过大，有可能产生毒性较大的中间体；2)对变化较大的废水(温度、溶液pｈ值和含氧量等)缺乏适应性，应用范围狭窄；3)污水处理设备(池)占地面积庞大，运行、维护费用较高，对于许多中小企业来说难以接受。生物法存在色度和cod脱除效率不高，反应时间长，一般不单独应用。另外，以上的传统方法都不能方便地回收污水处理剂，并且处理成本高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于污水处理的材料及制备方法与应用，旨在解决现有污水处理剂使用时受到温度限制、效率低、成本昂贵以及难于收集回收等的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于污水处理的材料，其中，所述用于污水处理的材料的化学式为：feasibbcmd，其中，m为nb、mo、y、hf、er、ta、cu中的一种，70≤a≤84，6≤b≤30，10≤c≤20，0≤d≤3，a+b+c+d=100。

所述的用于污水处理的材料，其中，所述用于污水处理的材料的化学式为：fe75si8b15nb2或fe75si8b15y2。

所述的用于污水处理的材料，其中，所述材料成型为颗粒状粉末。

所述的用于污水处理的材料，其中，所述颗粒状粉末的粒径为10-40μm。

一种如上任一项所述的用于污水处理的材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

步骤a、按照上述成分配比进行配料，得到混合物料；

步骤b、将混合物料进行熔炼，得到合金锭；

步骤c、将合金锭进行甩带，得到薄带；

步骤d、将薄带球磨成粉末，得到所述用于污水处理的材料。

所述的用于污水处理的材料的制备方法，其中，所述步骤b中，采用电弧炉熔炼所述混合混料；其中，所述熔炼的温度为1000-1800℃，所述熔炼的次数为3-8次。

所述的用于污水处理的材料的制备方法，其中，所述步骤c中，采用铜辊甩带所述合金锭；其中，所述铜辊甩带的线速度为20-50m/s。

所述的用于污水处理的材料的制备方法，其中，所述步骤c中，所述薄带的厚度为10-100μm。

所述的用于污水处理的材料的制备方法，其中，所述步骤d中，在惰性气氛下球磨所述薄带，所述球磨采用的球磨罐为不锈钢球磨罐或不锈钢内套刚玉球磨罐，所述球磨采用的磨球为不锈钢球或氧化锆球，所述球磨的时间为10-100h。

一种如上任一项所述用于污水处理的材料的应用，其中，将所述用于污水处理的材料应用于污水处理。

有益效果：本发明用于污水处理的材料是由铁、硅、硼非晶态粉末及微量稀土元素配合制成的，由于该污水处理剂中含有铁，这能与偶氮染料中的-n=n-双键发生氧化还原反应，从而破坏对生物有毒害的-n=n-双键基团，而污水处理剂中的其它元素，可以诱导铁更快地降解-n=n-双键基团，并提高玻璃形成能力和抗腐蚀性等。通过将非晶态铁基混合粉末应用在污水处理中，尤其是对含有偶氮染料的工业废水，具有较高的降解速率，起到了更好的污水处理功能。此外，本发明所述用于污水处理的材料制备成本低，且也便于收集，利于资源回收。

附图说明

图1为实施例1中制备的fe75si8b15nb2非晶态粉末的xrd表征图。

图2为实施例1中制备的fe75si8b15nb2非晶态粉末的sem表征图。

图3为实施例1中制备的fe75si8b15nb2非晶态粉末的另一sem表征图。

图4为实施例2中制备的fe75si8b15y2非晶态粉末的xrd表征图。

图5为实施例2中制备的fe75si8b15y2非晶态粉末的sem表征图。

图6为实施例2中制备的fe75si8b15y2非晶态粉末的另一sem表征图。

图7为实施例3中fe75si8b15nb2非晶态粉末对甲基橙溶液的紫外吸收分光光度图。

图8为实施例3中fe75si8b15nb2非晶态粉末对甲基橙溶液脱色率示意图。

具体实施方式

本发明提供一种用于污水处理的材料及制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种用于污水处理的材料，其中，所述用于污水处理的材料中含有铁（fe）、硅（si）和硼（b）的非晶态铁基粉末，还可含有微量稀土元素。具体地，本发明所述用于污水处理的材料的化学式为：feasibbcmd，其中，m为nb、mo、y、hf、er、ta、cu中的一种，70≤a≤84，6≤b≤30，10≤c≤20，0≤d≤3，a+b+c+d=100。由于该污水处理剂（即所述用于污水处理的材料）中含有铁，这能与偶氮染料中的-n=n-双键发生氧化还原反应，从而破坏对生物有毒害的-n=n-双键基团，而污水处理剂中的硅和硼，可以诱导铁更快地降解-n=n-双键基团，污水处理剂中的微量稀土元素，可以提高玻璃形成能力和抗腐蚀性等。所有添加元素都属于环境友好元素，不会造成二次污染。通过将非晶态铁基混合粉末应用在污水处理中，尤其是对含有偶氮染料的工业废水，具有较高的降解速率，更好的污水处理功能。此外，由于原料相对廉价，非晶态粉末之间的配比具有较宽的成分范围，更易于通过调控原料成分比例来调控实际应用中的降解速率。本发明所述用于污水处理的材料制备成本低，且也便于收集，利于资源回收。

本发明提供的一种用于污水处理的材料的具体实施例，其中，所述用于污水处理的材料的化学式可以为fe75si8b15nb2或fe75si8b15y2。本发明该用于污水处理的材料由铁、硅、硼等非晶态铁基粉末制成，其具有较高的化学活性，对偶氮染料的降解效率高；另外，添加元素nb或y可以提高铁基金属玻璃（即所述用于污水处理的材料）的形成能力，还能一定程度上提高铁基金属玻璃的抗腐蚀性；且能够通过调控原料成分比例（即铁粉、硅粉和硼粉的配比）来调控污水处理的降解效率。

优选地，本发明所述用于污水处理的材料成型为颗粒状粉末，所述颗粒状粉末的粒径为10-40μm。其中，颗粒状粉末的粒径越小，比表面积越大，越有利于提高反应速率；但是颗粒状粉末的粒径过小，粉末之间容易团聚，不利于粉末在污水中分散均匀。同时，如果颗粒状粉末的粒径低于10μm，需要延长高能球磨时间，降低该处理剂的生产效率并使其生产成本增加。经综合考虑，本发明将该颗粒状粉末的最佳粒径限定在10-40μm。

本发明还提供一种如上任一项所述的用于污水处理的材料的制备方法较佳实施例，其中，包括以下步骤：

步骤a、按照上述成分配比进行配料，得到混合物料；

所述步骤a中，按照上述成分配比，即按照feasibbcmd中各成分原子比进行配料，得到所述混合物料。

步骤b、将混合物料进行熔炼，得到合金锭；

所述步骤b中，采用电弧炉熔炼所述混合混料；其中，所述熔炼的温度为1000-1800℃（如1400℃），所述熔炼的次数为3-8次，反复熔炼3-8次是为了使合金各区成分均匀。

步骤c、将合金锭进行甩带，得到薄带；

所述步骤c中，采用铜辊甩带所述合金锭，得到厚度10-100μm的薄带；其中，所述铜辊甩带的线速度为20-50m/s（如36m/s），该范围的线速度是为了使熔体有足够的冷却速率，以形成非晶态。

步骤d、将薄带球磨成粉末，得到所述用于污水处理的材料。

所述步骤d中，在惰性气氛（如氩气）下球磨所述薄带，得到所述用于污水处理的材料。本发明采用在惰性环境下球磨，可以防止球磨过程中粉末被氧化。具体地，所述球磨采用的球磨罐可以为不锈钢球磨罐或不锈钢内套刚玉球磨罐，所述球磨采用的磨球可以为不锈钢球或氧化锆球，球料比可以为（8-12）:1（如10:1），球磨的转速可以为300-350r/min（如300r/min），所述球磨的时间为10-100h（如50h），球磨期间转24分钟，停24分钟，是为了防止球磨时产生的能量使非晶结构发生改变，得到粒径为10-40μm的所述用于污水处理的材料。本发明采用球磨法，在上述时间内，即可制备出粒径较小的颗粒状粉末，大大增加了粉末的比表面积，而比表面积越大，越利于提高降解效率。且采用球磨法得到的粉末表面粗糙，粗糙的粉末表面进一步提高了其比表面积，同时大大提高了反应效率。

本发明还提供一种如上任一项所述用于污水处理的材料的应用，其中，将所述用于污水处理的材料应用于污水处理，尤其是应用于含偶氮染料的污水处理。本发明所述用于污水处理的材料具有较高的化学活性，对偶氮染料的降解效率高。

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

用于污水处理的材料fe75si8b15nb2的制备，具体步骤如下：

按原子比fe:b:si:nb=75:15:8:2进行配料，得到混合物料，将混合物料在电弧炉内1400℃下反复熔炼4次，得到合金锭，将合金锭采用铜辊甩带，所述铜辊甩带的线速度为每秒36米，制作成厚度为20微米的薄带，最后将薄带在惰性气氛下进行球磨，球料比为10:1，球磨的转速为300r/min，球磨的时间为50h，球磨期间转24分钟，停24分钟，得到30μm的fe75si8b15nb2(at.%)粉末。球磨后的fe75si8b15nb2(at.%)粉末的xrd表征见图1；球磨后fe75si8b15nb2粉末的sem表征见图2和图3，由图2和图3可知，采用球磨法得到的粉末表面粗糙，粗糙的粉末表面进一步提高了其比表面积，同时大大提高了降解效率。

实施例2

用于污水处理的材料fe75si8b15y2的制备，具体步骤如下：

按原子比fe:b:si:y=75:15:8:2进行配料，得到混合物料，将混合物料在电弧炉内1400℃下反复熔炼4次，得到合金锭，将合金锭采用铜辊甩带，所述铜辊甩带的线速度为每秒36米，制作成厚度为25微米的薄带，最后将薄带在氩气气氛下进行球磨，球料比为10:1，球磨的转速为300r/min，球磨的时间为50h，球磨期间转24分钟，停24分钟，得到40μm的fe75si8b15y2(at.%)粉末。球磨后fe75si8b15y2粉末的xrd表征见图4。球磨后fe75si8b15y2粉末的sem表征见图5和图6，由图5和图6可知，球磨法得到的粉末表面粗糙，而粗糙的表面进一步提高了其比表面积，大大提高了降解反应效率。

实施例3

精确称取实施例1中制备的fe75si8b15nb2粉末0.16g，放至盛有40ml(20mg/l)甲基橙溶液的仪器中，在常温常压下静置，每隔一段时间采取上层清液，做紫外分光检测。检测结果如图7所示，2h后，降解完成。随着降解时间的推移，位于464nm处的甲基橙特征吸收峰强度随时间增加而减小，最后消失，表明甲基橙的偶氮双键被破坏；位于273nm处的小峰向左飘移至246nm处，表明有含苯环官能团的化合物随降解过程逐渐生成。根据降解率公式d=(a0-at)/a0(a0为初始强度，at为实时强度)可得污水处理剂对甲基橙的脱色率，见图8所示。

综上所述，本发明提供的一种用于污水处理的材料及制备方法与应用，本发明所述用于污水处理的材料的化学式为：feasibbcmd，其中，m为nb、mo、y、hf、er、ta、cu中的一种，70≤a≤84，6≤b≤30，10≤c≤20，0≤d≤3，a+b+c+d=100。由于该污水处理剂中含有铁，这能与偶氮染料中的-n=n-双键发生氧化还原反应，从而破坏对生物有毒害的-n=n-双键基团，而污水处理剂中的硅和硼，可以诱导铁更快地降解-n=n-双键基团，污水处理剂中的微量稀土元素，可以提高玻璃形成能力和抗腐蚀性等。通过将非晶态铁基混合粉末应用在污水处理中，尤其是对含有偶氮染料的工业废水，具有较高的降解速率，更好的污水处理功能。此外，由于原料相对廉价，非晶态粉末之间的配比具有较宽的成分范围，更易于通过调控原料成分比例来调控实际应用中的降解速率。本发明所述用于污水处理的材料制备成本低，且也便于收集，利于资源回收。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。