一种利用铜基非晶合金降解颜料废水的方法与流程

本发明涉及一种废水处理方法，具体为一种利用铜基非晶合金活化过一硫酸盐降解染料废水的方法。

背景技术：

水资源是人类赖以生存的宝贵资源，随着我国经济的高速发展，城镇化进程的加快等，全国范围内的水资源短缺和水体污染己经成为我国人民面临的一个严峻的问题。印染行业既是水资源消耗的大户，同时也是重要的水污染源头，而偶氮染料是印染行业常用染料，其生产废水难生物降解且具有毒性。

为减轻水污染所造成的不良影响，需要大力发展印染废水处理技术。当前为控制水体的染料污染，世界工业发达国家已普遍采用比较具有前景的生物技术，但其流程复杂，基建费用高，占地面积大、运行成本高，同时对许多有机污染物的脱色作用不大。因此，为有效地解决印染废水造成的污染问题，研究开发既高效、节能又切实可行的处理新技术，己成为当今世界上废水处理技术研究的新方向。近年来，由于高级氧化技术对有毒有害、难降解、可生化性较低的有机污染物具有良好降解效果，而受到广泛关注。其中通过活化过硫酸盐产生硫酸根自由基降解有机污染物被视为一种新型高级氧化技术。硫酸根自由基具有较高的氧化还原电位和更长的半衰期，降解有机污染物时受ph影响较小，在ph为4-9范围内皆能取得良好降解。通过热、超声波、紫外光、过渡金属(co²⁺、fe²⁺、mn²⁺等)、金属氧化物(co3o4、fe3o4、mn2o3等)、活性炭等方法活化过硫酸盐都可以产生硫酸根自由基。其中以过渡金属离子及其氧化物最具活化效率，但也存在金属离子流失，造成二次染，不具重复利用性等局限性。

研究发现，采用三维尺寸为纳米量级的纳米过渡金属或氧化物粉是提高降解效率的有效手段之一。但高的生产成本，生物毒性，以及由于高比表面积带来的易团聚与易氧化等问题使得纳米量级的催化剂在保存、运输以及使用过程都存在一定的问题。如何在保持催化剂自身低成本等优势的情况下使其既能有高的反应活性，又能具有很好的稳定性，且无生物毒性成为一个研究方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用铜基非晶合金活化过一硫酸盐降解染料废水的方法，既利用铜基非晶合金表面具有更高的化学活性，同时也利用铜基非晶合金具有优异降解性能与稳定性。该方法设备简单、易控，催化剂铜基非晶合金制备比较简单，易于回收再利用。

本发明的技术方案是：

一种利用铜基非晶合金降解颜料废水的方法，所述方法使用的铜基非晶合金为cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，其成分和原子百分比为：46%cu，44.5%zr，7.5%al，2%y；首先制备cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，然后将cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带和过一硫酸钾溶液加入染料废水中，利用活化产生的硫酸根自由基氧化降解染料废水；

具体步骤如下：

1）cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带制备

a.配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的cu、zr、al和y；利用精密电子天平称出上述单质原料的质量，上述单质原料的总质量为100克；然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入钨极磁控电弧炉里面；

b.母合金熔炼：将钨极磁控电弧炉工作腔抽真空至7×10^-4pa，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的高纯氩气，将金属钛熔化，通过金属钛在高温下强烈的氧化反应以进一步降低工作腔内氧的分压，然后再熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭；

c.单辊甩带：将上述熔炼好的母合金锭去氧化皮后，压碎成小块；然后将50克的小块合金锭放入下面带有小孔（直径1-1.5毫米）的石英管内后，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，待工作腔真空至2×10^-3帕，再进行感应熔炼，形成cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带；

2）准确称取5-10克过一硫酸钾溶于去离子水中，再转移至1000毫升容量瓶中并用去离子水稀释至容量瓶刻线，制备过一硫酸钾溶液；

3）染料废水的降解过程：向染料废水中加入上述溶液，再加入2-6克的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，进行染料废水的降解。

所述的一种利用铜基非晶合金降解颜料废水的方法，所述母合金铸锭熔炼至少需要翻炼5次，熔炼完成后，母合金铸锭随钨极磁控电弧炉冷却至室温，然后打开钨极磁控电弧炉取出母合金铸锭。

所述的一种利用铜基非晶合金降解颜料废水的方法，所述感应熔炼时，待小块合金由固体变成合金熔体，并且合金熔体的温度达到预设温度后，立即用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷到高速旋转的铜辊表面，形成cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带。

所述的一种利用铜基非晶合金降解颜料废水的方法，所述染料废水的降解采用500毫升烧杯为反应器，降解对象是浓度为5-15毫克/升的模拟橙黄ⅱ废水溶解150毫升，并将反应器置于磁力搅拌器上，调ph值为2-7，磁力搅拌器转速为200转/分钟，溶液温度为25-50℃。

本发明具有以下优点：

1、本发明制备的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，既利用铜基非晶合金表面具有更高的化学活性，同时也利用铜基非晶合金具有优异降解性能与稳定性。

2、本发明铜基非晶合金形成能力强，可重复使用，生产成本低，技术成熟，无需大量的资金，产业化较容易。

3、本发明简化工艺流程，操作简便，降低了水处理成本。

附图说明

图1为本发明实例1条件下制备的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带宏观照片；

图2为本发明实例1条件下制备的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带活化过一硫酸钾降解橙黄ⅱ不同时间后效果对比数码照片。

具体实施方式

以下通过实施例详述本发明。

实施例1

1、cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带制备

（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的cu、zr、al和y。利用精密电子天平称出上述单质原料的质量，上述单质原料的总质量为100克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入钨极磁控电弧炉里面。

（2）母合金熔炼：将钨极磁控电弧炉工作腔抽真空至7×10^-4pa，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的高纯氩气。将金属钛熔化，通过金属钛在高温下强烈的氧化反应以进一步降低工作腔内氧的分压，然后再熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。为保证母合金铸锭的化学成分均匀性，母合金铸锭至少需要翻炼5次。熔炼完成后，母合金铸锭随钨极磁控电弧炉冷却至室温，然后打开钨极磁控电弧炉取出母合金铸锭。

（3）单辊甩带：将上述熔炼好的母合金锭去氧化皮后，压碎成小块；然后将50克的小块合金锭放入下面带有小孔（直径1.5毫米）的石英管内后，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，待工作腔真空至2×10^-3帕，再进行感应熔炼；待小块合金由固体变成合金熔体，并且合金熔体的温度达到预设温度后，立即用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷到高速旋转的铜辊表面，形成cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带。

2、准确称取6克过一硫酸钾溶于去离子水中，再转移至1000毫升容量瓶中并用去离子水稀释至容量瓶刻线，制备过一硫酸钾溶液。

3、染料废水的降解过程：向染料废水中加入上述溶液，再加入3克的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，进行染料废水的降解。采用500毫升烧杯为反应器，降解对象是浓度为10毫克/升的模拟橙黄ⅱ废水溶解150毫升，并将反应器置于磁力搅拌器上，调ph值为6.5，磁力搅拌器转速为200转/分钟，溶液温度为25℃。

图1为制备的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带宏观照片。从图2可以看出随着时间的延长，橙黄ⅱ的颜色逐渐变成无色，说明橙黄ⅱ已经被去除。

实施例2

1、cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带制备

（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的cu、zr、al和y。利用精密电子天平称出上述单质原料的质量，上述单质原料的总质量为100克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入钨极磁控电弧炉里面。

（2）母合金熔炼：将钨极磁控电弧炉工作腔抽真空至7×10^-4pa，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的高纯氩气。将金属钛熔化，通过金属钛在高温下强烈的氧化反应以进一步降低工作腔内氧的分压，然后再熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。为保证母合金铸锭的化学成分均匀性，母合金铸锭至少需要翻炼5次。熔炼完成后，母合金铸锭随钨极磁控电弧炉冷却至室温，然后打开钨极磁控电弧炉取出母合金铸锭。

（3）单辊甩带：将上述熔炼好的母合金锭去氧化皮后，压碎成小块；然后将50克的小块合金锭放入下面带有小孔（直径1.5毫米）的石英管内后，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，待工作腔真空至2×10^-3帕，再进行感应熔炼；待小块合金由固体变成合金熔体，并且合金熔体的温度达到预设温度后，立即用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷到高速旋转的铜辊表面，形成cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带。

2、准确称取10克过一硫酸钾溶于去离子水中，再转移至1000毫升容量瓶中并用去离子水稀释至容量瓶刻线，制备过一硫酸钾溶液。

3、染料废水的降解过程：向染料废水中加入上述溶液，再加入2克的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，进行染料废水的降解。采用500毫升烧杯为反应器，降解对象是浓度为15毫克/升的模拟橙黄ⅱ废水溶解150毫升，并将反应器置于磁力搅拌器上，调ph值为6.5，磁力搅拌器转速为200转/分钟，溶液温度为25℃。

实施例3

1、cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带制备

（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的cu、zr、al和y。利用精密电子天平称出上述单质原料的质量，上述单质原料的总质量为100克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入钨极磁控电弧炉里面。

（2）母合金熔炼：将钨极磁控电弧炉工作腔抽真空至7×10^-4pa，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的高纯氩气。将金属钛熔化，通过金属钛在高温下强烈的氧化反应以进一步降低工作腔内氧的分压，然后再熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。为保证母合金铸锭的化学成分均匀性，母合金铸锭至少需要翻炼5次。熔炼完成后，母合金铸锭随钨极磁控电弧炉冷却至室温，然后打开钨极磁控电弧炉取出母合金铸锭。

（3）单辊甩带：将上述熔炼好的母合金锭去氧化皮后，压碎成小块；然后将50克的小块合金锭放入下面带有小孔（直径1毫米）的石英管内后，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，待工作腔真空至2×10^-3帕，再进行感应熔炼；待小块合金由固体变成合金熔体，并且合金熔体的温度达到预设温度后，立即用高纯氩气将石英管内的合金熔体喷到高速旋转的铜辊表面，形成cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带。

2、准确称取5克过一硫酸钾溶于去离子水中，再转移至1000毫升容量瓶中并用去离子水稀释至容量瓶刻线，制备过一硫酸钾溶液。

3、染料废水的降解过程：向染料废水中加入上述溶液，再加入6克的cu46zr44.5al7.5y2非晶合金条带，进行染料废水的降解。采用500毫升烧杯为反应器，降解对象是浓度为15毫克/升的模拟橙黄ⅱ废水溶解150毫升，并将反应器置于磁力搅拌器上，调ph值为6.5，磁力搅拌器转速为200转/分钟，溶液温度为25℃。