CN108220824A - 一种铁基非晶合金条带及其在印染污水降解处理中的应用 - Google Patents

一种铁基非晶合金条带及其在印染污水降解处理中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水处理材料领域，公开了一种铁基非晶合金条带及其在印染污水降解处理中的应用。所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Co：0～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，Gd：0～4％。本发明的铁基非晶合金条带制备方法简单，易实现量产，通过添加不同的合金元素，可以提高其污水降解的速度，且非晶条带能循环多次使用，具有成本低、污水处理效果显著的优点。

Description

一种铁基非晶合金条带及其在印染污水降解处理中的应用
技术领域
本发明属于污水处理材料领域，具体涉及一种铁基非晶合金条带及其在印染污水降解处理中的应用。
背景技术
自从1875年首次由Perkin合成有机染料以来，到上世纪末为止，有机染料的年产量接近100吨，其中一半以上是偶氮染料。偶氮染料是偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物，是纺织品服装在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，用于多种天然和合成纤维的染色和印花，也用于油漆、塑料、橡胶等的着色。根据调查，每年有大约12％的染料流入废水中，如果没有经过适当的处理，使废水流入河流湖泊或者地下水中，将对生态环境造成极大的破坏。
现在常用的处理偶氮染料的方法主要有活性炭吸附法、生物降解法、光催化法等。活性炭吸附法是一种传统的处理方法，但是仅限于物理吸附并不能破坏偶氮染料的分子结构，其后续处理工作仍然十分复杂。生物降解法则常常受限于降解的环境条件，需要相当的设备保障，提高了成本，限制了其使用范围。光催化法由于价格十分昂贵，使其推广应用受到了限制。
非晶合金材料可以用于降解偶氮染料，而且相对于零价铁粉，铁基非晶合金的降解速度能提高1000倍(S.Xie,P.Huang,J.J.Kruzic,X.Zeng and H.Qian,Scientificreports,2016,6,1～10)，同时，铁基非晶合金具有铁磁性，条带能够循环多次使用。因此，将铁基非晶合金用于印染的降解污水(无光照条件)具有良好的应用前景，但其对印染废水的降解能力仍有望进一步提高。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种铁基非晶合金条带。
本发明的另一目的在于提供上述铁基非晶合金条带的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述铁基非晶合金条带在印染污水降解处理中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种铁基非晶合金条带，所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Co：0～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，Gd：0～4％。
优选地，所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Co：6～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，或Fe：68％～78％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Gd：0～4％。
所述铁基非晶合金条带的规格范围为：条带宽度2～6mm，条带厚度20～100μm，条带长度1～20mm。
上述铁基非晶合金条带的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)按Fe：68％～78％，Co：0～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，Gd：0～4％的元素百分比进行配料，将金属原料进行表面预处理；
(2)将步骤(1)预处理后的金属原料于真空熔炼炉中熔炼均匀，得到合金母锭；
(3)将步骤(2)所得合金母锭进行表面预处理后，通过甩带机进行甩带，得到所述铁基非晶合金条带。
优选地，步骤(3)中所述甩带的表面线速度为30～50m/s。
优选地，步骤(1)和步骤(3)中所述的表面预处理是指进行表面氧化皮脱离。
优选地，所述铁基非晶合金条带具有全非晶态或者非晶态+α-Fe的复合结构特征。
上述铁基非晶合金条带在印染污水降解处理中的应用。
优选地，所述应用过程中，印染污水中染料的浓度20～1000mg/L，铁基非晶合金条带的加入量为0.1～100g/L。
优选地，所述应用过程中，处理的温度控制为室温～100℃，机械搅拌为0～1000r/min。
本发明所得铁基非晶合金条带具有如下优点及有益效果：
本发明的铁基非晶合金条带制备方法简单，易实现量产，通过添加不同的合金元素，可以提高其污水降解的速度，进一步的提高其对印染废水的降解能力；且非晶条带能循环多次使用，在连续降解5次之后的60分钟的染料去除率达63.9％，具有成本低、污水处理效果显著的优点。
附图说明
图1是本发明实施例1中Fe68Co10-xSi8B14Smx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的XRD图。
图2是本发明实施例2中(Fe78Si9B13)1-0.01xGdx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的XRD图。
图3和图4分别为本发明实施例1中Fe68Co10Si8B14、Fe68Co6Si8B14Sm4铁基非晶合金条带在不同处理时间下对直接蓝2B溶液的紫外-可见光光谱图。
图5和图6分别为本发明实施例2中Fe78Si9B13、(Fe78Si9B13)0.96Gd4铁基非晶合金条带在不同处理时间下对直接蓝2B溶液的紫外-可见光光谱图。
图7是本发明实施例1中Fe68Co10Si8B14铁基非晶合金条带重复降解五次染料的浓度随时间的变化。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例Fe68Co10-xSi8B14Smx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的制备：
(1)选择市售高纯Fe块、Co块、Si块、Sm块和FeB中间合金(Fe:B＝79.5:20wt.％)块作为原材料，先将金属块体进行表面氧化皮脱离并至于无水乙醇中，防止氧化。
(2)将步骤(1)配好的母合金原料置于真空熔炼炉的水冷铜坩埚中重复熔炼5次，以保证母材料的均匀性，得到铁基非晶合金母锭。
(3)将步骤(2)制得的合金母锭打磨其表面氧化皮后，放入单辊甩带机(WK-Ⅱ)的底部开口直径为1mm的石英试管中，在惰性气氛利用中频感应炉熔化均匀，调节单辊滚轮的表面线速度为42m/s，将熔化后的金属液体喷到惰性气体保护下的铜辊滚轮上进行甩带，制得宽度约为3mm，厚度约为40μm，长度约为5mm的Fe68Co10-xSi8B14Smx铁基非晶合金条带。
本实施例所得Fe68Co10-xSi8B14Smx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的XRD测试图谱如图1所示。图1所示的XRD图谱显示Fe68Co10Si8B14具有全非晶态的特征；Fe68Co8Si8B14Sm2具有非晶态+α-Fe的复合结构特征；Fe68Co6Si8B14Sm4具有非晶态+α-Fe的复合结构特征。
本实施例所得Fe68Co10Si8B14、Fe68Co6Si8B14Sm4铁基非晶合金条在含有偶氮染料污水降解处理中的应用，具体过程如下：
(1)使用蒸馏水配制直接蓝2B溶液，溶液中直接蓝2B染料浓度为100mg/L，待用。
(2)分别称取0.5g本实施例所得Fe68Co10Si8B14、Fe68Co6Si8B14Sm4铁基非晶合金条带，倒入配置好的500mL的直接蓝2B溶液，在恒温水浴35℃温度下，采用机械搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌器的转速为350r/min，每隔一段时间提取4～5mL溶液，进行紫外-可见光光度计的对比，结果分别如图3和图4所示。由图3结果计算得出，Fe68Co10Si8B14反应60分钟之后，染料去除率达到83.1％；由图4结果计算得出，Fe68Co6Si8B14Sm4反应60分钟之后，染料去除率达到78.9％。
(3)降解60分钟之后取出Fe68Co10Si8B14铁基非晶条带，用超声波清洗10min之后进行第二次降解实验，重新配置如上步骤所需的直接蓝2B溶液，用清洗之后的铁基带材进行第二次降解，连续重复5次上述所示的降解实验，Fe68Co10Si8B14铁基非晶条带重复降解5次染料的浓度随时间的变化曲线如如图7所示。由图7可看出，第1、3和5次的降解实验的去除率分别是83.1％、73.5％和63.9％。
实施例2
本实施例(Fe78Si9B13)1-0.01xGdx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的制备：
(1)选择市售高纯Fe块、Si块、Gd块和FeB中间合金(Fe:B＝79.5:20wt.％)块作为原材料，先将金属块体进行表面氧化皮脱离并至于无水乙醇中，防止氧化。
(2)将步骤(1)配好的母合金原料置于真空熔炼炉的水冷铜坩埚中重复熔炼5次，以保证母材料的均匀性，得到铁基非晶合金母锭。
(3)将步骤(2)制得的合金母锭打磨其表面氧化皮后，放入单辊甩带机(WK-Ⅱ)的底部开口直径为1mm的石英试管中，在惰性气氛利用中频感应炉熔化均匀，调节单辊滚轮的表面线速度为42m/s，将熔化后的金属液体喷到惰性气体保护下的铜辊滚轮上进行甩带，制得宽度约为2mm，厚度约为40μm，长度约为5mm的(Fe78Si9B13)1-0.01xGdx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带。
本实施例所得(Fe78Si9B13)1-0.01xGdx(x＝0,2,4)铁基非晶合金条带的XRD测试图谱如图2所示。图2所示的XRD图谱显示Fe78Si9B13具有全非晶态的特征；(Fe78Si9B13)0.98Gd2具有非晶态+α-Fe的复合结构特征；(Fe78Si9B13)0.96Gd4具有非晶态+α-Fe的复合结构特征。
本实施例所得Fe78Si9B13、(Fe78Si9B13)0.96Gd4铁基非晶合金条在含有偶氮染料污水降解处理中的应用，具体过程如下：
(1)使用蒸馏水配制直接蓝2B溶液，溶液中直接蓝2B染料浓度为100mg/L，待用。
(2)分别称取0.5g本实施例所得Fe78Si9B13、(Fe78Si9B13)0.96Gd4铁基非晶合金条带，倒入配置好的500mL的直接蓝2B溶液，在恒温水浴35℃温度下，采用机械搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌器的转速为350r/min，每隔一段时间提取4～5mL溶液，进行紫外-可见光光度计的对比，结果分别如图5和图6所示。由图5结果计算得出，Fe78Si9B13反应60分钟之后，染料去除率达到62.0％；由图6结果计算得出，(Fe78Si9B13)0.96Gd4反应60分钟之后，染料去除率达到75.7％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铁基非晶合金条带，其特征在于所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Co：0～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，Gd：0～4％。
2.根据权利要求1所述的一种铁基非晶合金条带，其特征在于所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Co：6～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％。
3.根据权利要求1所述的一种铁基非晶合金条带，其特征在于所述铁基非晶合金条带的元素原子百分比组成为：Fe：68％～78％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Gd：0～4％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种铁基非晶合金条带，其特征在于所述铁基非晶合金条带的规格范围为：条带宽度2～6mm，条带厚度20～100μm，条带长度1～20mm。
5.权利要求1～4任一项所述的一种铁基非晶合金条带的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
(1)按Fe：68％～78％，Co：0～10％，Si：8％～9％，B：12％～14％，Sm：0～4％，Gd：0～4％的元素百分比进行配料，将金属原料进行表面预处理；
(2)将步骤(1)预处理后的金属原料于真空熔炼炉中熔炼均匀，得到合金母锭；
(3)将步骤(2)所得合金母锭进行表面预处理后，通过甩带机进行甩带，得到所述铁基非晶合金条带。
6.根据权利要求5所述的一种铁基非晶合金条带的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述甩带的表面线速度为30～50m/s。
7.根据权利要求5所述的一种铁基非晶合金条带的制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(3)中所述的表面预处理是指进行表面氧化皮脱离。
8.根据权利要求5所述的一种铁基非晶合金条带的制备方法，其特征在于：所述铁基非晶合金条带具有全非晶态或者非晶态+α-Fe的复合结构特征。
9.权利要求1～4任一项所述的一种铁基非晶合金条带在印染污水降解处理中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种铁基非晶合金条带在印染污水降解处理中的应用：其特征在于所述应用过程中，印染污水中染料的浓度20～1000mg/L，铁基非晶合金条带的加入量为0.1～100g/L，处理的温度控制为室温～100℃，机械搅拌为0～1000r/min。
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