一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法

本发明属于材料加工及其应用，具体涉及一种快速提高铁基非晶合金材料降解效率的加工方式及其高效降解染料废水的应用。

背景技术：

1、染料工业的急速扩张对人类赖以维持的水环境构成了日益加剧的威胁和侵害。染料废水所带来的问题包括色度高、成分复杂、污染物毒性高，并且由于其难以进行生化降解，使其成为最为棘手和难以治理的工业废水之一。这对水体生态系统构成了严重的威胁，使得我们亟需采取有效措施来应对这一严峻的环境问题。

2、现有的染料废水处理方法有物理降解法(如吸附、离子交换等)、生物降解法和化学降解法(如零价金属还原法、光催化降解法和芬顿氧化法)。其中物理法吸附剂饱和后需要进行再生或处理，否则可能导致二次污染，针对大规模和高浓度的废水处理，此方法或许不具备足够的经济性和高效性；；生物法受环境因素和微生物活性的影响较大，速度可能较慢，且对于某些复杂结构的染料可能效果不佳；零价金属还原法反应速率较低，且零价金属易于氧化；光降解法对于某些染料需要特定波长的光源，光催化剂的成本较高；芬顿氧化法最终溶液中存在大量的铁离子和亚铁离子，容易造成二次污染。每种降解方法都有其适用范围和局限性，选择合适的方法需要综合考虑废水的特性、经济可行性、处理效果以及对环境的潜在影响。

3、非晶合金具有长程无序、短程有序的结构特征以及体系处于的高能量状态的特性，赋予其优异的化学以及催化性能，比晶态合金更容易促进反应的进行。并且相比于晶态合金，非晶合金具有更广阔的成分设计空间。此外，非晶合金不存在晶界和位错等缺陷以及析出相和偏析等成分起伏，非晶合金具有更优异的耐腐蚀性能。合成非晶合金粉末具有较大的比表面积，这意味着有更多的活性催化位点可供染料分子吸附和反应，提高了催化剂与反应物质之间的接触机会，进而有利于提高反应效率。

4、非晶合金与传统零价金属还原法相比，非晶合金的降解效率明显提高。然而，在非晶合金的单独作用下，结构极其复杂的染料分子(如罗丹明b等)难以被降解。因此，非晶合金降解染料废水的速率仍有待提高。开发一种高效、适用性广的染料废水处理技术是当前亟待解决的问题。

5、中国专利cn 107988568 a中公开了一种非晶合金带材及其制备方法与在染料废水处理中的应用，该方法在铁基非晶合金中添加其它元素(cu、si、b、nb、v)，制备出fe73.5cu1b13si9.5nb3和fe73.5cu1b13si9.5nb2v1非晶条带，能有效减少在废水处理过程中铁的锈蚀消耗。但该专利制备的非晶合金在75分钟时仍未将染料溶液完全降解，降解效率低。

6、中国专利cn 114988551 a中公开了一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，该发明通过在外加的超声波作用下，实现对染料废水的高效降解，从而大幅提升废水的处理效率和循环再利用能力。但该专利中催化降解过程中铁基非晶涂层用量范围为2-32g/l，催化剂的投入量较高，且降解过程外加设备较多，降解过程操作繁琐。

7、中国专利cn 109434120 a中公开了一种制备用于降解染料的铁基非晶合金粉末的方法，该发明将超声处理后的非晶粉末用于降解染料废液的应用，非晶粉末经超声处理后反应位点增多，能量状态高，有效提高催化剂催化降解性能。但该专利中铁基非晶成分单一，铁含量较低，催化剂的投入量较高，催化性能有待提高，且球磨等前处理过程复杂。

技术实现思路

1、针对于上述降解废水染料催化剂的效率缓慢、制备技术复杂等问题，本发明旨在提供一种提高铁基非晶合金催化降解染料废液性能的方法及应用。

2、技术方案：本发明的一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法及应用，利用分子式为feacrbsicbd的铁基非晶合金粉末，对其进行超声振动处理，通过施加标准化的脉冲能量来提高铁基非晶合金粉末的降解染料废水能力；其中，88≤a≤91，0≤b≤3，6≤c≤7，2≤d≤3，a+b+c+d＝100，所使用的超声振动处理参数：超声振动能量为500-3000j，触发压力为22-1000n，振幅为50-100％，工作气压为100-600kpa。

3、作为最优选的，所述超声能量为1250j。

4、优选地，feacrbsicbd为fe91si6b3或fe89cr3si6b2。

5、优选地，fe91si6b3或/和fe89cr3si6b2由液态合金雾化法制备，所得粉末粒径为2-15μm。

6、另一方面，本发明提供一种降解染料废液的方法，利用feacrbsicbd非晶粉末催化降解染料废水，包括以下步骤：

7、(1)在恒温水浴环境下，向染料溶液滴加浓度双氧水，并使用稀硫酸调节混合溶液ph至酸性；

8、(2)将经超声振动处理的feacrbsicbd非晶粉末加入步骤(1)所得溶液中，机械搅拌，使得染料充分接触到feacrbsicbd非晶合金粉末，实现染料分子的均匀降解。

9、更进一步地，步骤(1)中，所述恒温水浴温度为25-40℃，染料溶液浓度为0.1g/l，双氧水浓度为2～6mmol/l。

10、优选地，步骤(1)中，稀硫酸浓度为0.1-0.2mol/l。

11、优选地，步骤(1)中，使用稀硫酸调节混合溶液ph至3-3.5。

12、优选地，步骤(2)中，所述feacrbsicbd非晶粉末的用量为0.6g/l。

13、优选地，步骤(2)中，机械搅拌的转速为380-450r/min。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)非晶合金粉末相对于非晶合金条带具有更大的比表面积，可提供更多的活性催化位点，用于染料分子的吸附和反应。这一特性显著增加了催化剂与反应物质之间的接触机会，因而对提升反应效率具有显著的有利影响。经实验验证，采取超声振动处理的铁基非晶粉末对不同染料的催化降解能力都有不同程度的提升，并且超声振动能量与催化降解性能之间存在一定的规律关系。

15、(2)本发明采用的超声振动处理方法操作简单，耗时短，成本低、效率高。

技术特征：

1.一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法，其特征在于，利用分子式为feacrbsicbd的铁基非晶合金粉末，对其进行超声振动处理，通过施加标准化的脉冲能量来提高铁基非晶合金粉末的降解染料废水能力；其中，88≤a≤91，0≤b≤3，6≤c≤7，2≤d≤3，a+b+c+d＝100，所使用的超声振动处理参数：超声振动能量为500-3000j，触发压力为22-1000n，振幅为50-100％，工作气压为100-600kpa。

2.根据权利要求1所述的一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法，其特征在于，feacrbsicbd为fe91si6b3或fe89cr3si6b2。

3.根据权利要求2所述的一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法，其特征在于，fe91si6b3或/和fe89cr3si6b2由液态合金雾化法制备，所得粉末粒径为2-15μm。

4.一种降解染料废液的方法，其特征在于，利用feacrbsicbd非晶粉末催化降解染料废水，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的降解染料废液的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述恒温水浴温度为25-40℃，染料溶液浓度为0.1g/l，双氧水浓度为2～6mmol/l。

6.根据权利要求4所述的降解染料废液的方法，其特征在于，步骤(1)中，稀硫酸浓度为0.1-0.2mol/l。

7.根据权利要求4所述的降解染料废液的方法，其特征在于，步骤(1)中，使用稀硫酸调节混合溶液ph至3-3.5。

8.根据权利要求6所述的降解染料废液的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述feacrbsicbd非晶粉末的用量为0.6g/l。

9.根据权利要求4所述的降解染料废液的方法，其特征在于，步骤(2)中，机械搅拌的转速为380-450r/min。

技术总结
本发明公开了一种提高铁基非晶合金降解染料废液催化性能的方法。该方法为超声振动处理，能够通过施加标准化的脉冲能量来改变材料的性能。本发明对不同成分的铁基非晶合金粉末施加一定能量的超声振动处理，得到用于降解染料废水的非晶粉末。相对于原始粉末，经超声振动处理的非晶合金粉末对于不同染料的催化降解性能都有显著提高。该方法具有操作简单、耗时短、成本低、效率高等优点，在废水治理方面具有良好的应用前景。并且本发明通过调整降解过程中各种实验参数，例如超声能量、双氧水浓度等，得到了最优降解方案。

技术研发人员：袁晨晨,阮嘉艺,古政浩,李伟,李路遥,赵星然,马将
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10