CN110237854A - 一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法。利用分子式为Fe_{80‑ 84}B_6‑13C_5‑10的铁基软磁非晶薄带基于类芬顿法催化降解亚甲基蓝染料污水。降解步骤为：室温下向100ml的浓度为20％的染料废水中加入硫酸，将pH值调节至3‑5后，向染料溶液中加入0.5‑1g的FeBC非晶切片与0.5‑1ml的30％的双氧水，使用磁力搅拌器搅拌3分钟以内，即可完全降解亚甲基蓝染料。本发明生产成本低、工艺简单、降解速率非常快，在染料废水的治理方面具有很好的应用前景。

Description

一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别是涉及了一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，纺织等行业生产的偶氮染料是最重要的水污染源之一。在水溶液中处理偶氮染料主要有三种方法：生物处理，吸附法和金属降解法。金属降解方法在净化偶氮染料溶液方面显示出明显的优势。此外，已发现非晶态合金粉末在偶氮染料溶液的降解中显示出优越性，并且可在各种复杂环境中保持高降解效率，且非晶铁粉对偶氮染料还原降解效率比一般零价铁粉快200倍。

但是，目前具有高降解效率的非晶合金体系，只能通过化学、雾化、退火或机械合金化等方法制备。其中退火方法需要预制非晶带，雾化方法则需要强的玻璃形成能力，化学方法易引起强烈污染，机械合金化(MA)方法虽比较经济，但非晶化效率太低。因此造成非晶粉末成本高，影响其在污水处理中的广泛应用。

染料的降解机理，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、催化湿式氧化、声化学氧化、臭氧氧化、电化学氧化、Fenton氧化等。其中，类芬顿法直接利用零价铁与双氧水组成氧化体系，实现了材料的二次利用。类芬顿法与传统芬顿法相比，双氧水的用量更少，可应用的pH范围更广。但是，利用废铁屑作为铁源存在反应速率低，去色率低的问题。

非晶合金材料的原子排列与晶体合金不同，为短程有序，长程无序，该特点赋予了它独特的性能，铁基非晶合金作为一种功能材料用于污水处理是近年的热门研究方向。

中国专利文件CN103880149A提供了一种铁基非晶/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，非晶成分为FeMoSiB。然而，其中金属Mo价格昂贵，成本较高，且利用该系统在100ml染料溶液中加入1g非晶、双氧水质量分数为20-30％时，亚甲基蓝溶液10分钟才降至原浓度的80％，降解时间较长。

中国专利文件CN108525688A提供了一种铁基非晶合金用于降解染料废水中亚甲基蓝的应用，铁基非晶成分为Fe80P13C7，给出的最优降解时间也为5分钟以上。且该合金中含有较多的P元素，有可能会对溶液造成二次污染。

因此，提供一种成本低、降解速率快、没有二次污染的的降解染料污水的非晶成分和方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法。

本发明的技术方案如下：

一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，包括向染料污水中加入FeBC非晶合金条带，基于类芬顿反应降解染料污水中的亚甲基蓝。

根据本发明，优选的，所述的FeBC非晶合金由铁、硼和碳元素组成，合金中各元素的原子百分比如下：6％≤硼≤13％，5％≤碳≤10％，80％≤铁≤84％；

进一步优选的，合金中各元素的原子百分比如下：8％≤硼≤10％，9％≤碳≤10％，81％≤铁≤83％。

根据本发明，优选的，FeBC非晶合金条带是利用熔炼甩带工艺制备成非晶条带，剪成非晶片进行使用。

根据本发明，优选的，所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，还包括：调节染料污水pH值为酸性，以及加入双氧水进行搅拌降解反应；

进一步优选的，调节染料污水pH值为3-5，双氧水的质量浓度为30％，双氧水的加入量为染料废水质量的0.5-1％。

根据本发明，优选的，FeBC非晶合金条带与染料污水的质量比为(0.5-1)：100。

根据本发明，一种优选的实施方案，包括步骤如下：

(1)向染料污水中添加硫酸调节pH值至3-5；

(2)向染料污水中加入FeBC非晶合金条带切片与双氧水，使用磁力搅拌器进行搅拌降解反应；

所述的FeBC非晶合金由铁、硼和碳元素组成，合金中各元素的原子百分比如下：6％≤硼≤13％，5％≤碳≤10％，80％≤铁≤84％；

双氧水的质量浓度为30％，双氧水的加入量为染料废水质量的0.5-1％；

FeBC非晶合金条带与染料污水的质量比为(0.5-1)：100。

根据本发明，降解反应时间在5分钟以内，即可完成染料污水中的亚甲基蓝的降解去除反应。

本发明降解反应在室温下即可完成。处理完成后，可以将磁性搅拌转子与非晶带取出，清洗，烘干，以便重复使用。

本发明的有益效果：

1、本发明通过合理选择非晶体系、合理的硫酸和双氧水配比，获得一种低成本、高效降解亚甲基蓝染料溶液的工艺。FeBC体系的非晶带材催化降解亚甲基蓝溶液，相比FePC体系，减少了能造成二次污染的P的含量；相比传统的FeSiB非晶粉末，具有更低的降解时间，易于操作和实现工业化。

2、对于质量浓度为20％的染料污水，本发明使用低于染料污水的质量1％的FeBC非晶合金条带，即可在不到2分钟的时间内基本实现亚甲基蓝的降解去除。

附图说明

图1为本发明实施例1-3降解亚甲基蓝溶液的紫外分光光度图。

图2为对比例1中Fe₇₈Si₉B₁₃非晶粉末降解亚甲基蓝溶液的紫外分光光度图。

图3为对比例2中Fe₈₆B₇C₇非晶合金降解亚甲基蓝溶液的紫外分光光度图。

图4为对比例3中Fe₇₈B₁₁C₁₁非晶合金降解亚甲基蓝溶液的紫外分光光度图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为5。用磁力搅拌器转子吸取0.5g的Fe₈₁B₁₀C₉非晶薄片，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水0.5ml，进行磁力搅拌1.5min，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

分析结果如图1所示，在反应进行1.5min时，亚甲基蓝的特征峰已经基本消失，说明此时亚甲基蓝的浓度已经很低，染料已经基本被去除。

实施例2

在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为4。用磁力搅拌器转子吸取0.9g的Fe₈₂B₈C₁₀非晶薄片，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水0.9ml，进行磁力搅拌50s，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

分析结果如图1所示，在反应进行50s时，亚甲基蓝的特征峰已经基本消失，说明此时亚甲基蓝的浓度已经很低，染料已经基本被去除。

实施例3

在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为3。用磁力搅拌器转子吸取1g的Fe₈₃B₈C₉非晶薄片，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水1ml，进行磁力搅拌25s，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

分析结果如图1所示，在反应进行25s时，亚甲基蓝的特征峰已经基本消失，说明此时亚甲基蓝的浓度已经很低，染料已经基本被去除。

对比例1

在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为3。用磁力搅拌器转子吸取1g的Fe₇₈Si₉B₁₃非晶粉末，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水1ml，进行磁力搅拌3min，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

分析结果如图2所示，在反应进行4min时，亚甲基蓝的特征峰才基本消失，说明降解速率比FeBC非晶薄带要低。

对比例2

如实施例3所述，不同的是：

使用Fe₈₆B₇C₇非晶薄片进行实验，实验在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为3。用磁力搅拌器转子吸取1g的Fe₈₆B₇C₇非晶薄片，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水1ml，进行磁力搅拌1.5min，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

对比例3

如实施例3所述，不同的是：

使用Fe₇₈B₁₁C₁₁非晶薄片进行实验，实验在25℃条件下，取20mg/L亚甲基蓝溶液100ml，用稀硫酸将pH值调节为3。用磁力搅拌器转子吸取1g的Fe₇₈B₁₁C₁₁非晶薄片，使用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，加入30％质量分数双氧水1ml，进行磁力搅拌2min，并使用紫外分光光度仪进行光度分析。

使用紫外分光光度仪对对比例2、3的降解效果进行光度分析。

分析结果如图3(Fe₈₆B₇C₇)、图4(Fe₇₈B₁₁C₁₁)所示。图3在反应进行1.5min时，亚甲基蓝的特征峰才基本消失，对比实施例3的25s，说明在铁含量超过一定范围后，亚甲基蓝的降解速率有所降低。图4在反应进行2min时，亚甲基蓝的特征峰才基本消失，说明在铁含量低于合适范围后，亚甲基蓝的降解速率有所降低。

综上说明FeBC非晶合金各元素配比十分重要，只有合理选择FeBC非晶体系，才能达到良好的去除效果。

Claims (8)

1.一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，包括向染料污水中加入FeBC非晶合金条带，基于类芬顿反应降解染料污水中的亚甲基蓝。

2.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，所述的FeBC非晶合金由铁、硼和碳元素组成，合金中各元素的原子百分比如下：6％≤硼≤13％，5％≤碳≤10％，80％≤铁≤84％。

3.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，所述的FeBC非晶合金中各元素的原子百分比如下：8％≤硼≤10％，9％≤碳≤10％，81％≤铁≤83％。

4.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，FeBC非晶合金条带是利用熔炼甩带工艺制备成非晶条带，剪成非晶片进行使用。

5.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，还包括：调节染料污水pH值为酸性，以及加入双氧水进行搅拌降解反应。

6.根据权利要求5所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，调节染料污水pH值为3-5，双氧水的质量浓度为30％，双氧水的加入量为染料废水质量的0.5-1％。

7.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，FeBC非晶合金条带与染料污水的质量比为(0.5-1)：100。

8.根据权利要求1所述的FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)向染料污水中添加硫酸调节pH值至3-5；

(2)向染料污水中加入FeBC非晶合金条带切片与双氧水，使用磁力搅拌器进行搅拌降解反应；

所述的FeBC非晶合金由铁、硼和碳元素组成，合金中各元素的原子百分比如下：6％≤硼≤13％，5％≤碳≤10％，80％≤铁≤84％；

双氧水的质量浓度为30％，双氧水的加入量为染料废水质量的0.5-1％；

FeBC非晶合金条带与染料污水的质量比为(0.5-1)：100。