一种用于高效降解染料的Fe-Co-P-C系非晶合金催化剂及其制备方法与应用与流程

一种用于高效降解染料的fe
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co
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p
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c系非晶合金催化剂及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于非晶合金带材及其染料催化降解应用领域，具体涉及一种用于高效降解染料的fe
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co
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p
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c系非晶合金催化剂及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着化学化工工业的发展，合成染料应用广泛，但它在为世界提供缤纷色彩的同时，也让染料废水治理成为了难题。染料废水不经处理排放会极大的破坏生态系统，造成严重后果，但其一般具有色度高、组成复杂、有机物浓度大、稳定性好等特点，自然界中的需氧生物很难对其进行降解。传统的处理技术如吸附、混凝、光催化、生物吸附等通常耗时、成本高、适用性有限。因此，探索一种有效的染料降解技术具有重要意义。
3.2010年，非晶合金首次被应用于染料废水的降解反应，研究者发现fe
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mo
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si
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b非晶合金可以快速降解偶氮染料直接蓝2b，反应速率是其相应晶态合金的4倍，该材料反应速率高且无二次污染，优异的性能吸引了许多科研工作者的关注。深入研究后，人们发现非晶合金材料在染料降解方面具有独特的优势，如广泛可调的成分、亚稳态反应活化能低、耐腐蚀性好、稳定性高和对环境友好等，并陆续开发了fe
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、co
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、al
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、mg
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非晶合金条带或粉末，它们在染料降解中表现出了优异的性能，具有良好应用前景。其中fe基非晶合金材料因为其成本低廉、来源丰富且易与多种降解方法结合，广泛应用于染料降解中。2014年，wang等人发现 fe
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si
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b非晶合金条带与h2o2联用，能使罗丹明b几乎完全降解。近年来，研究证实fe基非晶合金条带作为类fendon试剂与过氧化物(如h2o2，s2o
82
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and hso5‑
等)联合应用催化降解染料废水，不仅可以快速活化过氧化物，产生超活性自由基，具有很强的转化有机污染物为无害物质的能力，而且在催化的实际操作中，条带的制备更为方便、简单，降解使用后也易于回收，同时反应中催化剂用量很低，甚至可以循环使用，使用成本低廉，为商业上广泛应用提供了重要基础。2019年，研究人员发现由于反应中条带表面弱fe
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p键与强fe
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c键会形成原电池，加快表面电子传输，因此fe
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p
‑
c非晶合金条带具有优异的染料降解性能，但该条带稳定性不够，随着循环反应的进行，条带会逐渐支离破碎直至难以收集，条带中的p元素渗入水体容易造成水体富营养化，造成水体污染，因此设计一种染料降解性能优异同时又相对稳定的材料具有重要意义。co的加入可以在一定程度上提高条带非晶形成能力并增加条带稳定性，因此，fe
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co
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p
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c非晶合金有望成为性能优异且稳定的染料降解材料。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有高的催化活性及稳定性的fe
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co
‑
p
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c系非晶合金带材用于降解染料，从而解决现有催化剂在芬顿/类芬顿反应中易被腐蚀、不够稳定的问题。
5.本发明为实现目的，采用如下技术方案：
6.一种用于高效降解染料的fe
‑
co
‑
p
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c系非晶合金催化剂，其特点在于：所述催化剂
为 fe
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co
‑
p
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c系非晶合金带材，各元素按照原子百分数的成分构成为fe
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‑
x
co
x
p
20
‑
y
c
y
，0≤x≤60、 0≤y≤20。优选为fe
40
co
40
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11
。
7.优选的，所述fe
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co
‑
p
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c系非晶合金带材的厚度范围为10
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60μm。
8.本发明所述fe
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co
‑
p
‑
c系非晶合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤1、原材料的处理
10.取fe、co、fe
‑
20％p和c粉原料，通过机械打磨、除油(碱洗除油或电解除油)、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质；
11.步骤2、母合金锭的制备
12.按照名义成分fe
80
‑
x
co
x
p
20
‑
y
c
y
，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证合金成分均匀，母合金在炉内反复翻转熔炼4次以上，得到母合金铸锭；
13.步骤3、高真空甩带
14.利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，在高真空条件下将熔融态合金喷射到高速旋转的铜辊上，利用铜辊的导热将熔融态合金快速冷却，得到用于作为染料降解催化剂的fe
‑
co
‑
p
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c系非晶合金带材。
15.优选的，所述fe
‑
co
‑
p
‑
c系非晶合金带材所用合金原材料fe、co的纯度为99.9wt.％、其余原材料的纯度均不低于99.0wt.％。
16.本发明所述fe
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co
‑
p
‑
c系非晶合金催化剂的应用方法为：将fe
‑
co
‑
p
‑
c系非晶合金带材作为催化剂加入到待降解染料废水中，并加入h2o2，常温下实现染料的降解。本发明中染料降解的原理是芬顿反应，其过程是将fe
2
与h2o2混合，产生强氧化剂
·
oh，将染料中的有机物氧化为无机态。
17.本发明的有益效果体现在：
18.1、本发明的fe
‑
co
‑
p
‑
c系非晶合金带材表现出优异的催化降解性能和非晶形成能力，且在酸性溶液中稳定性强，是良好的染料降解催化剂，具有广泛的商业化应用前景。
19.2、本发明的非晶带材采用熔体旋淬法制备，制备方法简单、易操作、成本低、环境友好，整个制备过程不需要特殊设备，能进行大规模工业化生产，得到的合金带材品质较高。
附图说明
20.图1为实施例1所得fe
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co
40
p9c
11
带材的x射线衍射图谱；
21.图2为实施例1所得fe
40
co
40
p9c
11
带材在常温下作为芬顿试剂降解20ppm mb染料过程中c
t
/c0随时间变化曲线；
22.图3为实施例1所得fe
40
co
40
p9c
11
带材在常温下作为芬顿试剂降解20ppmmb染料过程中in(c0/c
t
)随时间变化曲线。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替，
只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
24.下述实施例的fe
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co
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p
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c系非晶合金带材采用熔体旋淬法制备，所用设备型号为：wk，北京物科，中国。
25.下述实施例所得fe
‑
co
‑
p
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c系非晶合金带材的非晶特性采用x射线衍射法(xrd)检测，所用设备型号为：x'pert pro mpd x射线衍射仪，帕纳科(panalytical)，荷兰。
26.下述实施例所得fe
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co
‑
p
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c系非晶合金带材的染料降解性能通过uv
‑
2600紫外分光光度计测得，所用设备型号为：shimadzu uv2600，日本。
27.实施例1
28.本实施例所用合金原材料fe、co纯度为99.9wt.％、其余的原材料纯度均不低于99.0 wt.％.。
29.本实施例按如下步骤制备fe
40
co
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p9c
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带材：
30.步骤1、原材料的处理
31.取fe、co、fe
‑
20％p和c粉原料，通过机械打磨、碱洗除油、酸洗，除去表面的氧化物和油脂物质，保证原材料表面无其它杂质。
32.步骤2、母合金铸锭的制备
33.按照名义成份fe
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co
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p9c
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，将处理后的各原料进行配料，然后在高纯氩气保护下，用真空电弧熔炼炉熔炼，为了保证合金成分均匀，母合金在炉内反复熔炼4次以上，在每次熔炼过程中尽量慢地熔炼c粉，防止温度过高导致原材料蒸发，最后冷却后得到母合金铸锭。
34.步骤3、高真空甩带
35.利用感应加热的方式将步骤2制得的母合金铸锭熔化，然后通过熔体旋淬法，在高真空条件下将熔融态合金喷射到高速旋转的铜辊上，通过铜辊的导热将熔融态合金快速冷却，得到宽～2mm、厚～35μm的fe
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co
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非晶合金带材，铜辊转速为2200r/min、电流为35a。
36.用x射线衍射法表征本实施例所得fe
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co
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带材的结构，结果如图1所示，可以确定合金带材为非晶合金。
37.在250ml烧杯中使用去离子水配制浓度为20ppm的mb溶液200ml；用1m hcl和0.1 m naoh将溶液初始ph值调为3。在处理好的染料溶液中按照0.5g/l的浓度加入 fe
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co
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条带，同时加入按照1mm的浓度加入h2o2，常温下开始降解。在降解过程中持续搅拌，并在选定的时间间隔用注射器提取2.5ml溶液，0.22μm膜过滤后，用紫外
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可见分光光度计扫描，得到溶液的吸收光谱并计算mb的浓度。
38.图2为本实施例所得fe
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co
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带材在常温下作为芬顿试剂降解20ppm mb染料过程中c
t
/c0随时间变化曲线，图3为本实施例所得fe
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co
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带材在常温下作为芬顿试剂降解20ppmmb染料过程中in(c0/c
t
)随时间变化曲线，其中c0为mb染料的初始浓度，c
t
为取样测试时mb染料的浓度。
39.结果表明，本实施例所得fe
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co
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带材与h2o2联用可以在10min之内完全降解200 ml浓度为20ppm的mb溶液，降解速度快、降解效率高。
40.以上仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和
原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。