一种使甲基蓝溶液脱色的方法及其应用与流程

本发明涉及甲基蓝溶液脱色技术领域，尤其涉及一种使甲基蓝溶液脱色的方法及其应用。

背景技术：

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着工业化的发展，越来越多的工业废水被排放到环境中，尤其是印染废水，造成了严重的环境污染。非晶合金由于其独特的结构与性能，近年来有学者发现非晶合金对染料废水有着一定的催化降解活性。甲基蓝溶液被广泛的应用于消毒剂、生物学染色、酸碱指示剂等，其废水直接排放到环境中将造成严重的环境污染。目前针对甲基蓝溶液的脱色研究较少，且其脱色所需要的时间较长、成本较高，不能应用到实际的生产中。

非晶体合金是指其内部原子排列短程有序而长程无序的金属和合金，同时具有金属和玻璃的特性，也被称为玻璃态合金或金属玻璃。由于非晶态结构化学成分均匀、无晶界、无析出物等微观结构缺陷而被认为具有高强度、高硬度、高电阻以及良好的耐磨性和耐腐蚀性。另一方面，非晶态合金是在远离平衡的过程中形成的，具有较高的残余应力和大量的表面非饱和位点，因此，亚稳态性质赋予非晶态合金优异的脱色性能，从而具有巨大的应用前景。

例如，任英磊等在文章《mg-zn-ca非晶合金对酸性红偶氮颜料的降解能力》中研究了mg-zn-ca合金的非晶形成能力与非晶条带的循环使用次数对废水的降解速率和脱色率的影响，其中，mg73zn22ca5合金的脱色率高达85.75％；研究表明：非晶合金中ca元素可以优先富集形成矿化物质,从而造成mg元素在合金表面的富集,这成为非晶合金的降解能力并未显著降低的主要原因。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是实现甲基蓝溶液高效率、低成本、无污染且完全脱色的方法。针对上述问题，本发明提供利用镁基mg73zn22ca5非晶条带使甲基蓝溶液脱色的方法。

本发明第一目的：提供一种使甲基蓝溶液脱色的方法。

本发明第二目的：提供所述使甲基蓝溶液脱色的方法的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种使甲基蓝溶液脱色的方法，包括如下步骤：

(1)按照原子比例，制备mg73zn22ca5合金；

(2)将mg73zn22ca5合金甩成非晶条带；

(3)将非晶条带加入甲基蓝溶液中，并伴随磁力搅拌，即可。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述mg73zn22ca5合金的制备方法为：将高纯度的mg(99.9％)、zn(99.9％)和ca(99.9％)按照相应的原子比称重，混合后熔化，然后浇注，得到mg73zn22ca5合金铸锭。当mg-zn-ca合金中的原子配比为73：22：5时，在相同条件下更容易形成非晶条带。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述非晶条带的制备方法为：利用甩带机将mg73zn22ca5合金甩成非晶条带；可选地，甩带机转速为1800-2300r/min。

作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述非晶条带的制备方法为：将mg73zn22ca5合金铸锭分割铸锭块用于甩带，然后置于甩带机的石英管中在感应线圈中将其加热熔化，在铜辊的转速为1800-2300r/min时，将已经熔化成液体mg73zn22ca5合金喷到铜辊上，从而得到mg73zn22ca5非晶条带。

作为进一步的技术方案，步骤(3)中，所述搅拌在22-28℃之间进行。磁力搅拌可以使甲基蓝分子和条带充分接触，从而加速脱色速率。

作为进一步的技术方案，步骤(3)中，还包括观察脱色情况的步骤，具体为：每隔设定的时间抽取3ml溶液，用于检测其脱色状况，以及计算完全脱色的时间。

作为进一步的技术方案，所述步骤(3)具体为：将制备好的非晶条带剪切成3-6cm长，称取40-60mg非晶条带加入到浓度为100mg/l的80-110ml甲基蓝溶液中，并伴随磁力搅拌，控制其温度在22-28℃。

研究发现，mg73zn22ca5能够实现甲基蓝进行脱色的原因为：mg73zn22ca5非晶条带其微观结构是具有复杂的网络状结构，在使甲基蓝脱色的反应中，可以具有更多的反应位点，增大反应速率。非晶条带表面的镁原子电离生成二价镁离子和电子，电子与氢离子结合生成初始氢(mg⁰-2e^-+2oh^-+2h⁺＝mg(oh)2+2[h])，初始氢[h]具有优异的氧化性，可以使甲基蓝分子中的碳碳双键共轭体系断裂，即其发色基团被破坏从而达到脱色的效果。正是由于在反应过程中条带表面的网络状结构逐渐的加强，提供了更多的使条带原子和甲基蓝分子相互反应的活性位点，从而可以使溶液中的甲基蓝分子可以被反应完全，致使甲基蓝溶液完全的脱色。

最后，本发明公开所述使甲基蓝溶液脱色的方法在环保等领域中的应用。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明的方法能使甲基蓝溶液在较短的时间内实现完全脱色，且所需要的成本值低、对环境没有污染，可以作为甲基蓝溶液的一种良性脱色剂。

(2)本发明扩大了镁基合金以及非晶材料的应用领域，可以将非晶运用到更多的实际生产中，发挥非晶合金更大的作用，使其具有更大的应用前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1制备的mg73zn22ca5合金铸锭及其显微形貌图；其中，(a)为mg73zn22ca5合金铸锭，(b)为显微形貌图。

图2为本发明实施例1制备的铸态mg73zn22ca5非晶条带的效果图。

图3为本发明实施例1中铸态和反应后的mg73zn22ca5非晶条带的xrd图谱；其中，(a)为铸态mg73zn22ca5非晶条带，(b)为反应后的mg73zn22ca5非晶条带。

图4为本发明实施例1中铸态和反应后的mg73zn22ca5非晶条带的表面显微形貌的对比；其中，(c)为铸态mg73zn22ca5非晶条带，(d)为反应后的mg73zn22ca5非晶条带。

图5为本发明实施例1中甲基蓝溶液浓度随时间的变化图和在不同时间的颜色变化图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如，在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如前文所述，甲基蓝溶液被广泛的应用于消毒剂、生物学染色、酸碱指示剂等，其废水直接排放到环境中将造成严重的环境污染。目前针对甲基蓝溶液的脱色研究较少，且其脱色所需要的时间较长、成本较高，不能应用到实际的生产中。因此，本发明提出一种利用镁基mg73zn22ca5非晶条带使甲基蓝溶液脱色的方法；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

下列实施例中，熔炼炉类型：坩埚电阻炉(sg2-12-12)。铜辊甩带机类型：半自动非晶态金属条带制造设备(sp009a)。磁力搅拌器类型：加热磁力搅拌器(78-1)。

实施例1

一种使甲基蓝溶液脱色的方法，包括如下步骤：

步骤1，将高纯度的mg(99.9％)、zn(99.9％)和ca(99.9％)按照相应的原子比称重，混合后放入电阻炉中熔化，然后再将其浇铸到直径为10mm的模具中冷却，制备成mg73zn22ca5合金铸锭。

步骤2，将mg73zn22ca5合金铸锭分割成长度为1cm的小块铸锭用于甩带，将小块铸锭放置石英管中在感应线圈中将其加热熔化，在铜辊的转速为2000r/min时，将已经熔化成液体mg73zn22ca5合金喷到铜辊上，从而得到mg73zn22ca5非晶条带。

步骤3，称取50mg甲基蓝粉末，用去离子水在500ml的容量瓶中配制成浓度为100mg/l的甲基蓝溶液。

步骤4在250ml的烧杯中倒入配制好的100ml甲基蓝溶液，再将mg73zn22ca5非晶条带剪切成4cm长，称取50mg加入盛有甲基蓝溶液的烧杯中，温度控制在25℃，并伴随磁力搅拌。

步骤5，每隔5分钟用一次性针管从烧杯中抽取3ml的甲基蓝溶液存放到5ml的玻璃瓶中，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断甲基蓝溶液的浓度变化。

实施例2

一种使甲基蓝溶液脱色的方法，包括如下步骤：

步骤1，将高纯度的mg(99.9％)、zn(99.9％)和ca(99.9％)按照相应的原子比称重，混合后放入电阻炉中熔化，然后再将其浇铸到直径为10mm的模具中冷却，制备成mg73zn22ca5合金铸锭。

步骤2，将mg73zn22ca5合金铸锭分割成长度为1cm的小块铸锭用于甩带，将小块铸锭放置石英管中在感应线圈中将其加热熔化，在铜辊的转速为1800r/min时，将已经熔化成液体mg73zn22ca5合金喷到铜辊上，从而得到mg73zn22ca5非晶条带。

步骤3，称取50mg甲基蓝粉末，用去离子水在500ml的容量瓶中配制成浓度为80mg/l的甲基蓝溶液。

步骤4在250ml的烧杯中倒入配制好的100ml甲基蓝溶液，再将mg73zn22ca5非晶条带剪切成3cm长，称取40mg加入盛有甲基蓝溶液的烧杯中，温度控制在28℃，并伴随磁力搅拌。

步骤5，每隔5分钟用一次性针管从烧杯中抽取3ml的甲基蓝溶液存放到5ml的玻璃瓶中，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断甲基蓝溶液的浓度变化。

实施例3

一种使甲基蓝溶液脱色的方法，包括如下步骤：

步骤1，将高纯度的mg(99.9％)、zn(99.9％)和ca(99.9％)按照相应的原子比称重，混合后放入电阻炉中熔化，然后再将其浇铸到直径为10mm的模具中冷却，制备成mg73zn22ca5合金铸锭。

步骤2，将mg73zn22ca5合金铸锭分割成长度为1cm的小块铸锭用于甩带，将小块铸锭放置石英管中在感应线圈中将其加热熔化，在铜辊的转速为2300r/min时，将已经熔化成液体mg73zn22ca5合金喷到铜辊上，从而得到mg73zn22ca5非晶条带。

步骤3，称取50mg甲基蓝粉末，用去离子水在500ml的容量瓶中配制成浓度为110mg/l的甲基蓝溶液。

步骤4在250ml的烧杯中倒入配制好的100ml甲基蓝溶液，再将mg73zn22ca5非晶条带剪切成6cm长，称取40mg加入盛有甲基蓝溶液的烧杯中，温度控制在22℃，并伴随磁力搅拌。

步骤5，每隔5分钟用一次性针管从烧杯中抽取3ml的甲基蓝溶液存放到5ml的玻璃瓶中，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断甲基蓝溶液的浓度变化。

性能测试：

以实施例1为例，对其制备的各产物进行观察和测试，结果如图1-5所示，其中：

图1为步骤(1)制备的mg73zn22ca5合金铸锭及其显微形貌图；其中，(a)为mg73zn22ca5合金铸锭，(b)为显微形貌图，从图中可以看出：其组成相具有明显的枝晶结构，即复杂的网络状结构。

图2为步骤(1)制备的铸态mg73zn22ca5非晶条带的效果图；从图中可以看出：制备出的mg73zn22ca5非晶条带表面光亮且没有缺陷，宽厚均一。

图3为本发明实施例1中铸态和反应后的mg73zn22ca5非晶条带的xrd图谱；其中，(a)为铸态mg73zn22ca5非晶条带，(b)为反应后的mg73zn22ca5非晶条带；从图中可以看出：铸态mg73zn22ca5非晶条带具有一个明显的漫反射峰，证明其微观结构是非晶结构，且反应后的mg73zn22ca5非晶条带xrd图谱与铸态并无明显的差异，说明其微观结构未发生改变。

图4为本发明实施例1中铸态和反应后的mg73zn22ca5非晶条带的表面显微形貌的对比；其中，(c)为铸态mg73zn22ca5非晶条带，(d)为反应后的mg73zn22ca5非晶条带；从图中可以看出：铸态mg73zn22ca5非晶条带表面光滑没有缺陷，但是反应后其条带表面形成了具有三维纳米丝瓜海绵状结构，此结构具有复杂的网络状结构，可以为后续的反应提供较多的反应位点，提高脱色速率。

图5为本发明实施例1中甲基蓝溶液浓度随时间的变化图和在不同时间的颜色变化图；从图中可以看出：在反应持续40分钟后利用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测可以看出在15分钟后甲基蓝溶液就可以达到无色，再根据宏观上不同时间的颜色变化也可以得到证实。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。