一种污水处理方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种采用非晶合金催化处理污水的方法。

背景技术：

由于全世界水污染现象的迅速增加，污水处理已经成为一个热门的研究领域。在工业上广泛使用的催化剂主要是铁和镁，这是由于它们具有很高的降解效率和较低的成本，便于它们在污水处理工业上大规模的应用。但是，零价金属的的抗氧化性和耐腐蚀性较差，它们在水中氧化会导致催化效果快速下降。金属玻璃，也被称为非晶态合金，由于其具有长程无序的原子排列使其具有各向同性的结构，从而大大避免了结构缺陷。此外，非晶合金的亚稳态性质，高的吉布斯自由能，容易操作的原子成分等也吸引着人们的兴趣。它们还表现出许多好的性能，如高强度，优异的耐蚀性，稳定的耐磨性，独特的软磁性等。然而，由于其特有的性能，例如结构不均匀性，弛豫和时效，蠕变行为等，这也成为它大规模工业化应用的主要障碍。最近的研究表明，具有催化活性和独特选择性的非晶合金已成为废水修复或能量转换催化剂家族中新的有前途和有竞争力的成员，主要是因为以下几个方面：（1）非晶合金的性能可以通过改变其原子组成来优化；（2）由于组成原子处于非平衡状态，很容易提高其表面体积比；（3）非晶合金与其晶体和纯金属相比具有更高的吉布斯自由能。

文章surfacereactivationoffenipcmetallicglass:astrategyforhighlyenhancedcatalyticbehavior中研发了一种fe50ni30p13c7非晶合金，在恒温水浴中，在20ppm的bb-bn染料溶液中加入0.05g非晶合金条带和1.0毫mol/l的过氧化氢，染料溶液在降解过程中以300转/分的固定速度搅拌，最终染料褪色。

文章attractiveinsituself-reconstructedhierarchicalgradient

structureofmetallicglassforhighefficiencyandremarkablestabilityincatalyticperformance中研发了一种fe83si2b11p3c1非晶合金，把45mgfe83si2b11p3c1非晶合金和2×10^-3mol/l的过硫酸盐（ps）加入浓度为20ppm的罗丹明b中。非晶合金可以重复使用约35次来催化去除污水的颜色，同时保持与初次使用几乎相同的效率，且仅通过添加2×10^-3mol/l的ps和使用45mg的非晶合金条带，染料降解效率在20分钟内可以维持在接近80％，在30分钟内可以维持在100％，其有可观的污水降解效率。

结合前面的研究，尝试采用合适的非晶合金催化处理污水有助于工业中更为高效地处理污水。

技术实现要素：

本发明的旨在解决传统方法处理污水效率不足的问题，提供了一种新的污水处理方法，本发明应用feconi基非晶合金直接催化处理污水，污水处理简单、高效。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种污水处理方法，它包括以下步骤：

（1）将需要处理的污水放置于烧杯中；

（2）将称取好的过硫酸钾加入步骤（1）的烧杯中；

（3）将feconi基非晶合金条带放入步骤（2）中装有污水和过硫酸钾的烧杯中，并放入磁子，后打开磁力搅拌器不停的搅拌；

（4）观察污水颜色变化并记录污水颜色褪去所需的时间。

步骤（2）中所述的过硫酸钾在步骤（1）的烧杯中浓度范围为1.5-2.5毫mol/l。

步骤（3）中所述的feconi基非晶合金的合金表达式为feacobnicmodsiebf，合金表达式中a、b、c、d、e、f分别表示各对应组分的原子百分比含量，且满足以下条件：a为20～40，b为20～40，c为20～40，d为0～10，e为6～15，f为7～15，a+b+c+d+e+f=100。

步骤（3）中所述feconi基非晶合金的合金表达式为feacobnicmodsiebf，合金表达式中a为26～30，b为25～30，c为20～25，d为0～5，e为6～15，f为7～15，a+b+c+d+e+f=100。

步骤（3）中所述feconi基非晶合金的合金表达式为feacobnicmodsiebf，合金表达式中a为23～25，b为25～30，c为25～30，d为0～5，e为6～15，f为7～15，a+b+c+d+e+f=100。

作为示例：

步骤（3）中所述feconi基非晶合金的合金表达式中a为29，b为27，c为23，d为0，e为9，f为12。

步骤（3）中所述feconi基非晶合金的合金表达式中a为24.7，b为26.7，c为26.6，d为2，e为9，f为11。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过非晶合金替代传统金属催化剂进行污水处理，由于非晶合金具有无序的原子堆积结构，高的吉布斯自由能和丰富的活性位点，这些都为非晶合金催化处理污水提供了优势，使非晶合金添加后污水降解速率加快，正是由于非晶合金处理污水较为高效，这为降低污水处理成本提供了可能。

（2）本发明可以根据污水中不同成分的杂质针对性的调整非晶合金的成分来提高非晶合金的催化性能，以增加污水处理效率。

（3）本发明为非晶合金的多方面应用提供了新的思路。

（4）本发明操作工艺简单，有利于大规模的工业化应用。

综上所述，本发明非晶合金能有效地处理污水中的主要成分亚甲基蓝和直接胡蓝，且无需施加温度、紫外线可见辐射和电场等特定条件，为非晶合金提供了一种新的应用领域，通过非晶合金成分调整，可提高非晶合金的催化处理污水效率，解决了传统金属催化处理污水方面的不足，非晶合金制备工艺简单，催化处理污水简单可行、效率高，有利于大规模的工业化应用。

附图说明

图1为实施例1和2中fe29co27ni23si9b12非晶合金的xrd图；

图2为实施例3和4中fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11非晶合金的xrd图；

图3为实施例1中fe29co27ni23si9b12非晶合金催化处理亚甲基蓝效果图；

图4为实施例2中fe29co27ni23si9b12非晶合金催化处理直接胡蓝效果图；

图5为实施例3中fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11非晶合金催化处理亚甲基蓝效果图；

图6为实施例4中fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11非晶合金催化处理直接胡蓝效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种非晶合金,它的合金表达式为fe29co27ni23si9b12，记作y-1。作为更详细的示例，它的制备和应用于处理污水包括如下步骤：

（1）配料：选取纯度为99.9wt%的fe、纯度为99.99wt%的ni、co、si、b，按照上述合金表达式进行配料；在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，后将fe、co、ni、si原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗250s，然后用吹风机将其完全干燥；

（2）熔炼母合金：将配制好的母合金原料放在真空电弧熔炼炉中，在钛吸气剂和高纯氩气气氛下，采用电磁搅拌和水冷铜坩埚，将已配好料进行熔炼。为了保证熔炼合金的成分均匀，对每个合金进行6次及以上重熔，且进行翻转处理，并保证每个试样在液相状态下的总时间超过1h；在整个过程中，电弧熔炼炉的火焰温度可达到3000℃以上；

（3）快淬成带：将熔炼后的母合金破碎成小块状，夹取7g母合金放入底部开有圆孔的石英管中，圆孔的直径为0.6mm；将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管在铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体真空度抽至6.0×10^-3pa，后向腔体内后充0.05mpa的纯度为99.999%的氩气，开启设备腔体中通有冷却循环水的铜轮，铜轮的线速度为32m/s；打开感应加热电源并设定电流值，电流值开始设定为3a，5s后设定为12a，观察石英管中母合金的颜色由暗红色转变为亮白色时，此时确定石英管中的母合金完全熔化，利用石英管的内外压差将完全熔化的母合金喷射到通有冷却循环水的高速旋转的铜轮上，从而制备出非晶薄带；

（（4）处理污水：剪取长39.484mm，宽0.799mm，厚0.04mm的fe29co27ni23si9b12非晶条带，剪碎后放入烧杯中；用天平称取20mg的亚甲基蓝，取1l的去离子水配制成20ppm的亚甲基蓝溶液；称取0.5406克过硫酸钾，倒入已配好的亚甲基蓝溶液中，摇匀后从溶液中用滴管吸取10ml滴入空烧杯中，再取10ml滴入放有非晶条带的烧杯中，不停搅拌两个烧杯中溶液；每30分钟观察一次颜色变化，直到最后溶液变为无色，分别记录总时长。

该方法制备用于催化处理污水的非晶合金条带工艺简单，合金条带的xrd测试图如图1所示，只有在45度处有一个馒头峰，印证了该合金条带为非晶条带。由于非晶合金制备宽度一定，不容易改变，可以改变长度保证接触面积相同。图3中（a）和（b）的状态分别为天蓝色和无色，由图3可以看出，最初将溶液倒入装有非晶合金条带的烧杯中时，溶液呈天蓝色，24小时后，溶液由呈现天蓝色（a）变为无色（b），这说明非晶合金催化处理污水有着较好的效果。而没有放入非晶条带的溶液仍呈天蓝色，一星期后观察，颜色仍未完全褪去。这是由于非晶合金具有无序的原子堆积结构，高的吉布斯自由能和丰富的活性位点，这些都为催化处理污水提供了优势，使非晶合金条带添加后污水降解速率加快。

实施例2

一种非晶合金,它的合金表达式为fe29co27ni23si9b12，记作y-1。作为更详细的示例，它的制备和应用于处理污水包括如下步骤：

（1）配料：选取纯度为99.9wt%的fe、纯度为99.99wt%的ni、co、si、b，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，后将fe、co、ni、si原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗250s，然后用吹风机将其完全干燥；

（2）熔炼母合金：将配制好的母合金原料放在真空电弧熔炼炉中，在钛吸气剂和高纯氩气气氛下，采用电磁搅拌和水冷铜坩埚，将已配好料进行熔炼。为了保证合金的化学均匀性，对各锭进行了6次重熔，对每种熔体进行了翻转处理，并保证每个合金锭在液相状态下的总时间超过1h。在整个过程中，电弧熔炼炉的火炬温度可达到3000℃以上；

（3）快淬成带：将熔炼后的母合金破碎成小块状，夹取6g母合金放入底部开有圆孔的石英管中，圆孔的直径为0.6mm；将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管在铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体真空度抽至6.0×10^-3pa，后向腔体内后充0.05mpa的纯度为99.999%的氩气，开启设备腔体中通有冷却循环水的铜轮，铜轮的线速度为31m/s；打开感应加热电源并设定电流值，电流值开始设定为3a，5s后设定为12a，观察石英管中母合金的颜色由暗红色转变为亮白色时，此时确定石英管中的母合金完全熔化，利用石英管的内外压差将完全熔化的母合金喷射到通有冷却循环水的高速旋转的铜轮上，从而制备出非晶薄带；

（4）处理污水：剪取长39.484mm，宽0.799mm，厚0.04mm的fe29co27ni23si9b12非晶条带，剪碎后放入烧杯中；用天平称取20mg的直接胡蓝，取1l的去离子水配成的20ppm的直接胡蓝溶液；称取0.5406克过硫酸钾，倒入以配好的直接胡蓝溶液中，摇匀后从溶液中用滴管吸取10ml，滴入空烧杯中，并在取10ml滴入放有非晶条带的烧杯中，不停搅拌两个烧杯中溶液；每30分钟观察一次颜色变化，直到最后溶液变为无色，记录总时长。

该方法可制备出用于催化的非晶条带，金属条带的xrd测试如图1所示，可以看出，该金属条带为非晶条带。由于非晶合金制备宽度一定，不容易改变，可以改变长度保证接触面积相同。图4中（c）和（b）的状态分别为深蓝色和无色，由图4可以看出，从刚开始将溶液倒入装有非晶条带的烧杯中时，溶液呈深蓝色，随后，24小时后，溶液由深蓝色（c）变为无色（b），这说明非晶合金催化处理污水有着较好的效果。而没有放入非晶条带的溶液仍处于深蓝色状态，一星期后观察，颜色仍未完全褪去。这是由于非晶条带具有无序的原子堆积结构，高的吉布斯自由能和丰富的活性位点，这些催化优势使得非晶条带加入后污水降解速率加快。

实施例3

一种非晶合金,它的合金表达式为fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11，记作y-2。作为更详细的示例，它的制备和应用于处理污水包括如下步骤：

（1）配料：选取纯度为99.9wt%的fe、纯度为99.99wt%的ni、co、mo、si、b，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，后将fe、co、ni、si原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗250s，然后用吹风机将其完全干燥；

（2）熔炼母合金：将配制好的母合金原料放在真空电弧熔炼炉中，在钛吸气剂和高纯氩气气氛下，采用电磁搅拌和水冷铜坩埚，将已配好料进行熔炼。为了保证合金的化学均匀性，对各锭进行了6次重熔，对每种熔体进行了翻转处理，并保证每个合金锭在液相状态下的总时间超过1h。在整个过程中，电弧熔炼炉的火炬温度可达到3000℃以上；

（3）快淬成带：将熔炼后的母合金破碎成小块状，夹取7g母合金放入底部开有圆孔的石英管中，圆孔的直径为0.6mm；将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管在铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体真空度抽至6.0×10^-3pa，后向腔体内后充0.05mpa的纯度为99.999%的氩气，开启设备腔体中通有冷却循环水的铜轮，铜轮的线速度为32m/s；打开感应加热电源并设定电流值，电流值开始设定为3a，5s后设定为12a，观察石英管中母合金的颜色由暗红色转变为亮白色时，此时确定石英管中的母合金完全熔化，利用石英管的内外压差将完全熔化的母合金喷射到通有冷却循环水的高速旋转的铜轮上，从而制备出非晶薄带；

（4）处理污水：剪取长20mm，宽0.033mm，厚1.912mm的fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11非晶条带，剪碎后放入烧杯中；用天平称取20mg的亚甲基蓝，取1l的去离子水配成的20ppm的亚甲基蓝溶液；称取0.5406克过硫酸钾，倒入以配好的亚甲基蓝溶液中，摇匀后从溶液中用滴管吸取10ml，滴入空烧杯中，并在取10ml滴入放有非晶条带的烧杯中，不停搅拌两个烧杯中溶液；每30分钟观察一次颜色变化，直到最后溶液变为无色，记录总时长。

该方法可制备出用于催化的非晶条带，金属条带的xrd测试如图2所示，可以看出，该金属条带为非晶条带。由于非晶合金制备宽度一定，不容易改变，可以改变长度保证接触面积相同。图5中（a）和（b）的状态分别为天蓝色和无色，由图5可以看出，从刚开始将溶液倒入装有非晶条带的烧杯中时，溶液呈天蓝色，随后，24小时后，溶液由天蓝色（a）变为无色（b），这说明非晶合金催化处理污水有着较好的效果。而没有放入非晶条带的溶液仍处于天蓝色状态，一星期后观察，颜色仍未完全褪去。这是由于非晶条带具有无序的原子堆积结构，高的吉布斯自由能和丰富的活性位点，这些催化优势使得非晶条带加入后污水降解速率加快。

实施例4

一种非晶合金,它的合金表达式为fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11，记作y-2。作为更详细的示例，它的制备和应用于处理污水包括如下步骤：

（1）配料：选取纯度为99.9wt%的fe、纯度为99.99wt%的ni、co、mo、si、b，按照上述合金表达式进行配料。在称取原材料之前，把原材料表面的氧化膜等杂质用砂纸或砂轮机打磨去除，后将fe、co、ni、si原材料放入盛有无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗250s，然后用吹风机将其完全干燥；

（2）熔炼母合金：将配制好的母合金原料放在真空电弧熔炼炉中，在钛吸气剂和高纯氩气气氛下，采用电磁搅拌和水冷铜坩埚，将已配好料进行熔炼。为了保证合金的化学均匀性，对各锭进行了6次重熔，对每种熔体进行了翻转处理，并保证每个合金锭在液相状态下的总时间超过1h。在整个过程中，电弧熔炼炉的火炬温度可达到3000℃以上；

（3）快淬成带：将熔炼后的母合金破碎成小块状，夹取7g母合金放入底部开有圆孔的石英管中，圆孔的直径为0.6mm；将石英管放入熔体快淬设备腔体的感应线圈中，石英管在铜轮正上方1mm高度处；将感应熔体快淬设备腔体真空度抽至6.0×10-3pa，后向腔体内后充0.05mpa的纯度为99.999%的氩气，开启设备腔体中通有冷却循环水的铜轮，铜轮的线速度为32m/s；打开感应加热电源并设定电流值，电流值开始设定为3a，5s后设定为12a，观察石英管中母合金的颜色由暗红色转变为亮白色时，此时确定石英管中的母合金完全熔化，利用石英管的内外压差将完全熔化的母合金喷射到通有冷却循环水的高速旋转的铜轮上，从而制备出非晶薄带；

（4）处理污水：剪取长20mm，宽0.033mm，厚1.912mm的fe24.7co26.7ni26.6mo2si9b11非晶条带，剪碎后放入烧杯中；用天平称取20mg的直接胡蓝，取1l的去离子水配成的20ppm的直接胡蓝溶液；称取0.5406克过硫酸钾，倒入已配好的直接胡蓝溶液中，摇匀后从溶液中用滴管吸取10ml，滴入空烧杯中，并在取10ml滴入放有非晶条带的烧杯中，不停搅拌两个烧杯中溶液；每30分钟观察一次颜色变化，直到最后溶液变为无色，记录总时长。

由于非晶合金制备宽度一定，不容易改变，可以改变长度保证接触面积相同。该方法可制备出用于催化的非晶条带，金属条带的xrd测试如图2所示，可以看出，该金属条带为非晶条带。图6中（c）和（b）的状态分别为深蓝色和无色，由图6可以看出，从刚开始将溶液倒入装有非晶条带的烧杯中时，溶液呈深蓝色，随后，24小时后，溶液由深蓝色（c）变为无色（b），这说明非晶合金催化处理污水有着较好的效果。而没有放入非晶条带的溶液仍处于深蓝色状态，一星期后观察，颜色仍未完全褪去。这是由于非晶条带具有无序的原子堆积结构，高的吉布斯自由能和丰富的活性位点，这些催化优势使得非晶条带加入后污水降解速率加快。