CN112973691B - 一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂及其制备方法和应用，本发明提供的非晶合金催化剂，在条带结构表面还含有大面积的纳米结构，可以大幅增加材料的比表面积，优化亲疏液性质，提高催化反应的反应速率，具有更加优异的催化性能，可以代替一些含有贵金属催化剂，在不损失催化效果的同时降低材料成本，并且容易进行回收，从而清洗即可重复使用，另外，本发明的制备方法简便易操作，采用轧制模压的方法，可以实现产品的连续制备。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金材料技术领域，更具体地，涉及一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
有机污染物降解、清洁能源制备等化学反应过程需要使用催化剂。现有催化剂的主要问题一个是催化反应效率较低，另一个是金、铂、钯、钌等贵金属元素的添加导致成本较高。因此新型催化剂的开发应当考虑如何实现提升催化效率、降低或避免添加贵金属。目前针对染料污水、农药污水中的有机污染物，可以通过芬顿反应/类芬顿反应有效降解，即亚铁离子或其他过渡金属离子与双氧水反应生成具有强氧化性的羟基自由基将污染物分解，但是如果使用铁粉作为亚铁离子来源，容易在反应中产生酸性污泥，难以实现分离回收再利用，而使用块体材料，其比表面积太小，不利于与污水充分接触，不适合作为催化剂材料的形式。非晶合金(如铁基、铝基等非晶合金)具有良好的催化性能，效率高，成本相对较低，因此可以作为催化剂材料减少贵金属的使用量，降低生产成本。中国专利CN108525688A公开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，该专利用分子式为Fe80P13C7的铁基非晶条带实现了亚甲基蓝的均匀降解，但是母合金制备困难，成本高，而且条带结构的比表面积小，降解效率受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有非晶合金催化剂的催化效率不高以及难以回收的缺陷和不足，提供一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，表面具有特殊的纳米结构，比表面积大，能够实现降解效率的提升，并且容易回收。
本发明的又一目的是提供一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，所述条带非晶合金催化剂的上下表面具有纳米结构。
本发明提供的非晶合金催化剂，在原来条带结构表面还连续制造了大面积的纳米结构，可以大幅增加催化剂的比表面积，优化亲疏液性质，提高催化反应的反应速率，相对于现有的非晶合金催化剂，具有更加优异的催化性能，可以代替一些含有贵金属的催化剂，在不损失催化效果的同时降低材料成本。另外，本发明的非晶合金条带催化剂容易进行回收，回收清洗即可重复使用。
优选地，所述纳米结构的最小重复单元尺寸为150～1500nm。
更优选地，所述纳米结构的最小重复单元尺寸为500～1500nm。
优选地，所述条带结构的厚度为20～50μm。
更优选地，所述条带结构的厚度为40～50μm。
本发明保护上述具有纳米结构的条带非晶合金催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将非晶合金母合金通过单辊甩带法制成非晶合金条带；制备表面具有纳米结构的上、下模辊；
S2.在非晶条带进入模辊前的瞬间，利用激光加热将非晶合金条带表面的局部温度加热到过冷液相区温度；
S3.将步骤S2所述激光加热后的非晶合金条带通过上、下两个模辊进行轧制模压，模压后的非晶合金条带的上下表面形成纳米结构，制得具有纳米结构的条带非晶合金催化剂。
本发明先采用激光局部加热非晶合金条带，加热到过冷液相区温度(即高于玻璃转变温度且小于晶化温度，在此温度的非晶合金具有超塑性，可以在外力作用下发生流动变形)，然后利用上、下两个具有纳米结构的模辊，通过模压轧制成型方法，用轧辊的滚动施加压力，制备具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，而现有制备催化剂的方法是采用普通开模模压方式，直接将非晶片整体加热，然后用模具压出形状，开模得到产品，这种方式无法实现产品的连续制备，相对而言，本发明采用轧制的方法，利用非晶合金材料在过冷液相区的超塑性，在其表面制备纳米结构，可以实现产品的连续制备，大大提高生产效率。
优选地，步骤S1所述非晶合金母合金为铁基非晶合金、钛基非晶合金、锆基非晶合金或钯基非晶合金中的一种。
更优选地，步骤S1所述非晶合金母合金为含铁元素锆基非晶合金Zr-Fe-Cu-Al。
优选地，步骤S2所述激光采用光纤激光器进行，光纤激光器的功率为150～200W。
优选地，步骤S2所述激光的激光扫描速率为1～3m/s。
优选地，步骤S1所述单辊甩带法为：在氩气保护的真空环境中，将非晶合金母合金置于底部带有喷嘴的石英管中进行感应加热，加热至熔体状态，以0.05～0.08MPa的压强差将非金合金熔体喷向铜辊，铜辊旋转的线速度为25～45m/s，即可得到非晶合金条带。
本发明还保护上述具有纳米结构的条带非晶合金催化剂在有机污染物催化降解中的应用。
优选地，包括如下步骤：
在染料或农药废水溶液中加入双氧水、稀硫酸溶液，调节溶液的pH值至2～4，在溶液中加入具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，加入量为0.1～1g/L，混合均匀，使条带与污水充分接触，实现污染物的降解。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，在条带结构的上下表面含有大面积的纳米结构，很大程度上增加了催化剂的比表面积，优化亲疏液性质，从而提高其催化性能，可以代替一些含有贵金属催化剂，在不损失催化效果的同时降低材料成本，而且相对于粉末催化剂更容易进行回收利用，回收清洗即可重复使用，可以广泛应用于有机污染物催化降解中，另外，本发明的制备方法简便易操作，采用轧制的方法，可以实现产品的连续制备，大幅提高生产效率。
附图说明
图1为本发明利用激光加热非晶条带模压轧制成型纳米结构制备方法的工作原理图及其制得的催化剂。
图2为本发明实施例1制备得到的具有纳米结构的非晶合金催化剂表面的扫描电子显微镜照片。
图3为本发明对比例1制备得到的非晶合金条带表面形貌的扫描电子显微镜照片。
图4为本发明对比例2制备得到的非晶合金粉末的扫描电子显微镜照片。
图5为本发明实施例1制得的催化剂降解甲基蓝溶液的降解率曲线与溶液颜色的照片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
实施例1
一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，所述条带非晶合金催化剂的上下表面具有纳米结构，纳米结构的最小重复单元尺寸为500nm，条带结构的厚度为40μm。
一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S1.制备非晶合金条带：在氩气保护的真空环境中，将Zr-Fe-Cu-Al非晶合金母合金置于底部带有喷嘴的石英管中进行感应加热，加热至熔体状态，以0.05MPa的压强差将非金合金熔体喷向铜辊，铜辊旋转的线速度为25m/s，即可得到非晶合金条带，厚度为40μm；
制备模板：制备表面具有纳米结构的上、下模辊；
S2.激光扫描加热：通过控制光纤激光器的功率为200W和激光扫描速率为1m/s，在非晶条带进入轧辊前的瞬间，将非晶合金条带表面的局部温度加热到约500℃；
S3.模压轧制：激光加热后的非晶合金条带通过上、下两个轧辊进行轧制模压，模压后的非晶合金条带表面形成纳米结构。
实施例2
一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，所述条带非晶合金催化剂的上下表面具有纳米结构，纳米结构的最小重复单元尺寸为150nm，条带结构的厚度为20μm。其制备方法同实施例1。
实施例3
一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，所述条带非晶合金催化剂的上下表面具有纳米结构，纳米结构的最小重复单元尺寸为1500nm，条带结构的厚度为50μm。其制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例为实施例1中不含有纳米结构的非晶合金母合金条带。
对比例2
本对比例为Fe-Cr-Mo-W-C-B-Y非晶合金粉末状催化剂。
应用
催化反应：在染料或农药废水溶液中加入双氧水、稀硫酸溶液，调节溶液的pH值至2～4，在溶液中分别加入上述制得的催化剂，加入量为0.5g/L，催化反应过程中持续机械搅拌，使条带与污水充分接触，实现污染物的降解。
图1为本发明中采用激光加热方法制备具有纳米结构的条带非晶合金催化剂的工作原理图，其中，1-非晶条带，2-激光加热器，3-上模辊，4-下模辊，5-模压轧制过程放大示意图，6-模压轧制后非晶条带表面形成的纳米结构示意图。
性能测试
图2为实施例1制得的非晶合金条带表面形成纳米结构，纳米线直径约500nm，长度超过10μm，纳米线尺寸均一，分布均匀。而且从图中可以看出比表面积明显增大。
图3为对比例1制得的非晶合金条带表面，表面平整光洁。
图4为对比例2制得的非晶合金粉末，粉末直径小于25μm，圆整度好。
将上述制得的催化剂应用于催化反应中，在反应时间为0、4、8、12、16、20、24、28及32min时用吸管吸取3mL溶液，测试溶液的紫外-可见光光谱，根据特征峰强度变化计算污染物染料的降解率。结果如图5所示，由图可知，本发明实施例1制得的催化剂在反应约6分钟时，降解率为50％；约15分钟时，降解率为90％；30分钟后，降解率达到97％。以上结果说明本发明实施例1制得的非晶合金催化剂具有优异的催化性能。而实施例2和3制得的催化剂同样具有优异的催化性能，可见，本发明原来条带结构表面还连续制造了大面积的纳米结构，与对比例1的普通非晶条带相比，本发明的催化剂表面还具有纳米结构，可以大幅增加材料的比表面积，优化亲疏液性质，提高催化反应的反应速率，相对于现有的非晶合金催化剂，具有更加优异的催化性能，可以代替一些含有贵金属的催化剂，在不损失催化效果的同时降低材料成本。而与对比例2的金属粉末相比，非晶合金条带容易进行回收，从而清洗即可重复使用。而且本发明的制备方法简便易操作，采用轧制的方法，可以实现产品的连续制备，生产效率高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，其特征在于，所述条带非晶合金催化剂的上下表面具有纳米结构；所述纳米结构的最小重复单元尺寸为150～1500nm，所述条带非晶合金催化剂的厚度为20～50μm；
所述条带非晶合金催化剂由以下制备方法制得：
S1.将非晶合金母合金通过单辊甩带法制成非晶合金条带；制备表面具有纳米结构的上、下模辊；所述非晶合金母合金为铁基非晶合金、钛基非晶合金、锆基非晶合金或钯基非晶合金中的一种；
S2.在非晶条带进入模辊前的瞬间，利用激光加热将非晶合金条带表面的局部温度加热到过冷液相区温度；
S3.将步骤S2所述激光加热后的非晶合金条带通过上、下两个模辊进行轧制模压，模压后的非晶合金条带的上下表面形成纳米结构，制得具有纳米结构的条带非晶合金催化剂。
2.根据权利要求1所述条带非晶合金催化剂，其特征在于，S2中所述激光采用光纤激光器进行，光纤激光器的功率为150～200W。
3.根据权利要求1所述条带非晶合金催化剂，其特征在于，S2中所述激光的扫描速率为1～3m/s。
4.根据权利要求1所述条带非晶合金催化剂，其特征在于，S1中所述单辊甩带法为：在氩气保护的真空环境中，将非晶合金母合金置于底部带有喷嘴的石英管中进行感应加热，加热至熔体状态，以0.05～0.08MPa的压强差将非金合金熔体喷向铜辊，铜辊旋转的线速度为25～45m/s，即可得到非晶合金条带。
5.权利要求1～4任一项所述具有纳米结构的条带非晶合金催化剂在有机污染物催化降解中的应用。
6.根据权利要求5所述应用，其特征在于，包括如下步骤：
在染料或农药废水溶液中加入双氧水、稀硫酸溶液，调节溶液的pH值至2～4，在溶液中加入具有纳米结构的条带非晶合金催化剂，加入量为0.1～1g/L，混合均匀，使条带与污水充分接触，实现污染物的降解。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102070236A (zh) * | 2009-11-20 | 2011-05-25 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于印染废水处理的铁基非晶合金条带及其制备方法 |
| CN103354272A (zh) * | 2013-06-15 | 2013-10-16 | 中北大学 | 卷对卷制备大面积微纳米结构发电机薄膜的方法 |
| CN104308452A (zh) * | 2014-08-21 | 2015-01-28 | 清华大学 | 一种非晶合金微纳结构压印成型模具及其制备与应用方法 |
| CN105779908A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-07-20 | 沈阳工业大学 | 高效有机废水降解非晶合金及其用途和制备方法 |
| CN106113479A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | 一种聚合物表面微纳米结构卷对卷热辊压印成型方法 |
| CN108220824A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 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 |
| CN109263172A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-25 | 北京航空航天大学 | 一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体及其制备方法 |
| CN110237854A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-17 | 山东大学 | 一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法 |
| CN111304558A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-06-19 | 辽宁大学 | 一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金及其制备方法和应用 |
| CN112139348A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-29 | 深圳大学 | 一种非晶微纳结构的制备方法及热压成型装置 |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102070236A (zh) * | 2009-11-20 | 2011-05-25 | 中国科学院金属研究所 | 一种用于印染废水处理的铁基非晶合金条带及其制备方法 |
| CN103354272A (zh) * | 2013-06-15 | 2013-10-16 | 中北大学 | 卷对卷制备大面积微纳米结构发电机薄膜的方法 |
| CN104308452A (zh) * | 2014-08-21 | 2015-01-28 | 清华大学 | 一种非晶合金微纳结构压印成型模具及其制备与应用方法 |
| CN105779908A (zh) * | 2016-01-14 | 2016-07-20 | 沈阳工业大学 | 高效有机废水降解非晶合金及其用途和制备方法 |
| CN106113479A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 上海交通大学 | 一种聚合物表面微纳米结构卷对卷热辊压印成型方法 |
| CN108220824A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 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 |
| CN109263172A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-25 | 北京航空航天大学 | 一种波浪型碳毡电磁屏蔽结构体及其制备方法 |
| CN110237854A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-17 | 山东大学 | 一种FeBC非晶合金类芬顿催化降解亚甲基蓝污水的方法 |
| CN111304558A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-06-19 | 辽宁大学 | 一种纳米多孔包覆的Fe基非晶合金及其制备方法和应用 |
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