CN114988551B - 一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法 - Google Patents

一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明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，包括以下步骤：步骤一，利用高速电弧喷涂技术制备铁基非晶涂层；步骤二，在20‑80℃恒温水浴环境下，将一定量的、浓度为20‑100mg/L的偶氮染料废水置于反应容器中，用浓度为1‑6mM双氧水调节溶液反应pH值为2‑5，加入2‑32g/L的铁基非晶涂层，在外加机械搅拌和间歇式超声波条件下反应不超过20min。本发明充分利用了间歇式超声波的声流、空化等效应以及机械搅拌的协同作用，解决了传统非晶条带、粉末以及喷涂态涂层和涂层经酸刻蚀后在降解过程中降解产物因粘附效应产生的降解效率和循环次数低等缺陷问题。

Description

一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法
技术领域
本发明涉及一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，具体涉及一种成本低、应用广、环境友好的、超声波辅助的用于高效降解废水中偶氮染料的FeBSiNb非晶涂层及制备方法与应用，属于污水处理技术领域。
背景技术
印染业中广泛应用的有机合成染料即偶氮染料给人类生活带来了绚丽的色彩，同时，也产生了大量的工业染料废水，破坏水体生态系统，对人类健康造成威胁。目前偶氮染料降解的方法主要包括物理法、生物法和化学法：物理法吸附剂循环使用性差，且吸附剂不能降解染料，因此不能消除其对环境影响；化学和生物法成本高昂、降解效率低，均不利于推广应用。
目前非晶合金降解偶氮染料的研究集中于高能球磨非晶粉末与非晶条带，高能球磨耗能耗时，不适用于批量生产以快速降解偶氮染料使用。除此之外，非晶粉末与条带混合于染料废水与降解产物中，需要循环收集，工序复杂。
中国专利CN107540054A申请公开了一种废水处理用铁基非晶电极材料及其应用，所公开铁基非晶合金中包括了FeSiBNbCu非晶合金作为电极材料，其利用电化学原理降解工业废水，具有良好的稳定性和降解性能。但在降解过程中用到电化学工作站，处理过程复杂，且导致成本提高，限制了其广泛应用。
中国专利CN108525688A申请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，所公开Fe80P13C7非晶合金条带基于类芬顿反应降解染料废水中的亚甲基蓝，然而，该非晶合金条带降解要求pH为2-4，且合金中含有P元素，易挥发不利于工业生产，较多的磷有可能会对溶液造成二次污染。
因此，加强染料废水降解技术的研究与应用，有利于促进环境友好、生态可持续发展需求，具有重要意义。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的缺陷和不足，针对传统的零价铁还原法降解偶氮染料利用率低，处理条件较多，以及非晶条带与粉末制备需要高纯原料、高真空、大冷速等工序复杂等问题，本发明提供了一种用于降解偶氮染料废液的铁基非晶涂层材料，该涂层循环使用稳定性好，成本低廉，环境适应性高，无需外加环境特殊处理条件，利于广泛应用。同时，本发明提供一种用于降解偶氮染料废液的铁基非晶涂层的制备方法，该法利用高速电弧喷涂技术，其电弧区域动态冶金快速凝固原位合成铁基非晶合金涂层，其制备工艺简单、高效、成本较低、绿色且适宜于野外现场施工等特点，具有显著的经济和社会效益。
另外，本发明提供一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，该法是将低成本的高速电弧喷涂技术原位合成的Fe72B20Si5Nb3非晶合金涂层作为还原剂，在间歇式超声波及机械搅拌的协同作用下对废水中的偶氮染料进行降解去除，具有降解速率快、成本低、优异的循环利用性，在污水治理方面具有很好的应用前景。该方法化学活性高，工艺简单，成本低的特点，具有显著的经济和社会效益。
同时，本发明提供一种采用超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法获得的铁基非晶涂层在作为偶氮染料降解剂中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，包括以下步骤：
步骤一，利用高速电弧喷涂技术制备铁基非晶涂层；
步骤二，在20-80℃恒温水浴环境下，将一定量的、浓度为20-100mg/L的偶氮染料废水置于反应容器中，用浓度为1-6mM双氧水调节溶液反应pH值为2-5，加入2-32g/L的铁基非晶涂层，在外加机械搅拌和间歇式超声波条件下反应不超过20min，实现偶氮染料溶液均匀降解；
所述间歇式超声波条件为每隔3～5min停止30～60s，超声波频率为20～30kHz。
所述机械搅拌的速率为400～500r/min。
所述偶氮染料包括酸性橙II或金橙II。
所述铁基非晶涂层为Fe72B20Si5Nb3。
所述基体包括金属、木材、水泥以及陶瓷制品，金属包括Q235钢。
所述基体表面进行除锈、除油净化处理，并利用喷砂粗化表面。
所述高速电弧喷涂技术的工艺参数为：电弧喷涂电压30-40V，工作电流130-180A，空气压力0.65-0.75MPa，喷枪与钢板间距150-220mm。
步骤一替换为：利用高速电弧喷涂技术制备在用于盛装偶氮染料的容器表面或者搅拌器表面的铁基非晶涂层。
所述容器包括腔体、降解池、溶池；所述搅拌器包括毛刷、扇叶。
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法获得的铁基非晶涂层在作为偶氮染料降解剂中的应用。
同时，本发明公开了用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层，铁基合金涂层成分为FeaSibNbcB20，式中70≤a≤80，0≤b≤10，0≤c≤8，且a+b+c＝80；所述铁基合金涂层的结构为非晶结构。
优选地，所述铁基合金涂层成分为Fe72Si5B20Nb3。
同时，本发明公开了用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，根据所述铁基合金的化学组成制备由低碳钢外皮包覆硼铁、硅铁和铌铁合金粉末组成直径为2mm的粉芯丝材；
步骤2，将基体表面进行除锈、除油的净化处理，并利用喷砂粗化表面；
步骤3，将粉芯丝材导入高速电弧喷涂系统的送丝机中；
步骤4，利用高速电弧喷涂技术将粉芯丝材喷涂于基体表面，经自然冷却后即可得到厚度均匀的铁基非晶涂层。
有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明方法利用高速电弧喷涂技术快速原位合成的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层具有工艺简单，效率高，适合现场施工，成本低，可在非平面复杂结构基底上大面积制备；其制备工艺优于已报道的铁基非晶合金粉末与条带，而且涂层环境适应性高，无需外加环境特殊处理条件，利于广泛应用。
(2)本发明利用超声波的声空化效应和热效应，对铁基非晶涂层表面降解产物进行调控，优化了降解工艺进程。未施加超声波时，涂层表面与溶液发生充分的降解反应。施加超声波时，利用其空化效应产生的小气泡和声压同步膨胀、收缩，反复作用于涂层表面的降解产物，将其层层剥离，使得涂层时刻保持高效降解反应；同时由于空化效应时气泡溃灭产生的强大冲击波增大了涂层表面的粗糙度，从而增加了溶液与涂层的反应接触面积。另外通过热效应对溶液产生搅拌作用，促进了热运动，加快了溶液降解反应速率。
(3)本发明通过间歇式超声波及机械搅拌的协同作用，解决了传统非晶条带、粉末以及喷涂态涂层和涂层经酸刻蚀后在降解过程中降解产物因粘附效应产生的降解效率和循环次数低等缺陷问题，只需水洗就可以实现其再利用，具有降解速率快、成本低、优异的循环利用性，在污水治理方面具有很好的应用前景。
(4)本发明的铁基合金涂层原材料丰富，循环使用稳定性好，成本低廉。
附图说明
图1是实施例1～3所制备Fe80B20、Fe75B20Si5和Fe72B20Si5Nb3涂层的X射线衍射图谱；
图2是实施例1～3所制备Fe80B20、Fe75B20Si5和Fe72B20Si5Nb3合金涂层截面扫描电子显微镜形貌图；
图3是实施例1非晶涂层经间歇式超声波处理染料溶液相对浓度随时间变化曲线；
图4是实施例1所制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层在不同降解染料工艺过程中，不同循环次数下，相对浓度随时间变化曲线；
图5是实施例1所制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层多次循环降解时，染料溶液颜色随时间变化图；
图6是为实施例4非晶涂层不同处理状态下染料溶液相对浓度随时间变化曲线；
图7是实施例5中非晶涂层降解偶氮染料溶液不同时间的溶液紫外光谱图；
图8是实施例6中不同工艺状态下染料溶液的相对浓度随时间变化曲线；
图9是实施例6中不同工艺状态下染料溶液颜色随时间变化图；
图10是实施例14制备的铁基非晶涂层的X射线衍射图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
若未特别说明，本发明中所使用其他物料、原料均为可以从市场上购买得到的常规原料。所使用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例中采用的测试方法如下：
(1)利用X射线衍射仪确定所制备样品的物相结构。
(2)利用扫描电子显微镜观测所制备样品的形貌。
(3)利用紫外可见分光光度计测量染料溶液的吸光度。
实施例1
本实施例制备的铁基非晶合金化学组成为Fe72B20Si5Nb3，并研究该非晶涂层降解酸性橙II的能力以及循环利用性。
一种用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，根据所述铁基合金的化学组成制备由低碳钢外皮包覆硼铁、硅铁和铌铁合金粉末组成直径为2mm的粉芯丝材；
步骤2，将Q235钢基板表面进行除锈、除油等净化处理，并利用喷砂工艺进行表面粗化处理；
步骤3，利用高速电弧喷涂技术将粉芯丝材喷涂于钢板表面。工艺参数如下：电弧喷涂电压40V，工作电流150A，空气压力0.7MPa，喷枪与钢板间距200mm。经自然冷却后得到厚度约0.6mm的非晶涂层，所制备涂层X射线衍射图谱如图1所示，图谱中仅存的宽泛弥散的衍射峰表明该涂层样品为完全非晶结构；
步骤4，对步骤3制备的铁基非晶涂层截面进行观测，扫描电子显微镜图片如图2所示，铁基合金涂层显示层状结构。
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为20mg/L的酸性橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为25℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为1mM，调节溶液pH值为3。将制备的铁基非晶涂层从基体中剥落后并破碎为碎块按照4g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为28kHz超声波发生器中，超声施加时间为每隔3min停止30s，同时在机械搅拌速率为450r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断酸性橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。本实施例染料溶液的相对浓度随时间变化曲线如图3中所示。可以看出施加超声波处理后铁基非晶涂层可在20min之内将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下；然而，未施加超声波处理时，染料相对浓度需要经过50min后才将至5％以下，这说明超声波辅助处理具有良好的染料污水净化效果。
超声波辅助Fe72B20Si5Nb3非晶涂层循环降解偶氮染料溶液的相关结果如图4～图5所示，可以看出，在外加超声波处理后，铁基非晶涂层循环次数9次以后依然具有较好的降解效果，表明该非晶涂层可以循环多次使用，利用率高，降解成本低。而未施加超声处理的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层在直接使用循环次数9次以后，降解效果越来越差，表明未经超声处理的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层不可以循环多次使用，利用率低，降解成本高。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例制备的铁基合金化学组成为Fe75B20Si5，并研究该铁基合金涂层降解酸性橙II的能力。
本实施例所制备涂层X射线衍射图如图1中所示，本实施例制备所得涂层X射线衍射图谱中，在2θ角为45°附近存在弥散峰与尖锐晶化峰的叠加，表明该涂层样品为非晶与晶体复合结构。
对步骤3制备的铁基合金涂层截面进行观测，扫描电子显微镜图片如图2所示，涂层显示层状结构。
本实施例获得的Fe75B20Si5合金涂层可在60min之内可将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下。
实施例3
本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例制备的铁基合金化学组成为Fe80B20，并研究该铁基合金涂层降解酸性橙II的能力。
本实施例所制备涂层X射线衍射图如图1所示，本实施例所制备涂层X射线衍射图谱中可以看出多处尖锐的晶化峰，弥散峰不明显，表明涂层主要为晶体结构。
对步骤3制备的铁基合金涂层截面进行观测，扫描电子显微镜图片如图2所示。
本实施例获得的Fe80Si20铁基合金涂层可在60min之内只能将染料相对浓度降低至15％以下。
实施例4
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，超声波施加时间为每隔60min停止0s，即本实施例为连续超声波施加降解反应环境。
同时以不施加超声波降解反应条件作为对比实验。
如图6所示，为非晶涂层不同处理状态下染料溶液的相对浓度随时间变化曲线。可以看出未施加超声波处理的非晶涂层在40min之内将溶液中偶氮染料降解完成，而施加超声波处理后涂层只需在20min内就完成了偶氮染料降解，其相对浓度降低至5％以下，相对未施加超声波处理，施加超声波处理后，铁基非晶涂层的降解效率提升了一倍，说明施加超声波处理后非晶涂层具有更加优异的染料污水净化效果。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，超声波施加时间为每隔5min停止30s。
如图7所示，为本实施例制备的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层降解偶氮染料溶液不同时间的溶液紫外光谱图，图中可以看出，随降解过程时间增加，特征峰强度明显减弱，表明溶液中染料浓度降低，溶液中偶氮染料在15min内即完成了降解反应。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于：
本实施例为：铁基非晶涂层在喷涂态、经1M HCl溶液刻蚀1min后、施加超声波处理和间歇式超声波处理后，染料溶液的相对浓度随时间变化曲线如图8中所示。可以看出，喷涂态非晶涂层和经1M HCl溶液刻蚀1min后非晶涂层需要经过40min的反应才能将溶液中偶氮染料降解完成；超声波全程处理60min，非晶涂层可在20min之内完成偶氮染料降解，然而，超声施加时间为每隔3min停止30s，非晶涂层仅需要15min偶氮染料相对浓度就降低至5％以下。与未施加超声波处理和全程超声波处理相比，间歇式超声波处理降解速率分别提升了6.8倍和1.2倍，具有良好的染料污水净化效果。
图9是实施例6中不同工艺状态下染料溶液颜色随时间变化图；由图9可见，未经超声处理的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层在45min内依然无法完成偶氮染料降解，而经每隔3min停止30s的间歇式超声工艺获得的Fe72B20Si5Nb3非晶涂层在15min之内即可完成偶氮染料降解，这说明间歇式超声波处理可有效的提升非晶涂层的降解效率。
实施例7
一种用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层的制备方法，使用砂纸打磨Q235钢基体试样表面除去氧化物，将打磨后的试样分别使用无水乙醇、丙酮超声清洗10min，以除去表面颗粒杂质和油污。在基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，优选的喷涂工艺参数为：喷涂电压34V，喷涂电流150A，压缩空气压力0.7MPa，相对距离200mm。喷涂后，本实施例的铁基非晶涂层厚度约为0.8mm，将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用。
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为100mg/L的酸性橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为80℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为6mM，调节溶液pH值为5。将制备的铁基非晶涂层碎块按照32g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为28kHz超声波发生器中，超声施加时间为每隔4min停止40s，同时在机械搅拌速率为450r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断酸性橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。本实施例铁基非晶涂层可在10min之内将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下，具有良好的染料污水净化效果。
实施例8
一种用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层的制备方法，在水泥基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，优选的喷涂工艺参数为：喷涂电压30V，喷涂电流130A，压缩空气压力0.65MPa，相对距离150mm。喷涂后，获得铁基非晶涂层，铁基非晶涂层的厚度为0.1-0.8mm，优选的，厚度为0.2-0.6mm，本实施例的铁基非晶涂层厚度约为0.1mm。将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用。
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为50mg/L的酸性橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为50℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为2mM，调节溶液pH值为4。将制备的铁基非晶涂层碎块按照2g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为28kHz超声波发生器中，超声施加时间为每隔3min停止50s，同时在机械搅拌速率为450r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断酸性橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。本实施例铁基非晶涂层可在20min之内将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下，具有良好的染料污水净化效果。
实施例9
一种用于降解偶氮染料废液的铁基合金涂层的制备方法，在陶瓷基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，优选的喷涂工艺参数为：喷涂电压35V，喷涂电流180A，压缩空气压力0.75MPa，相对距离220mm。喷涂后，本实施例的铁基非晶涂层厚度约为0.6mm，将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用。
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为20mg/L的金橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为20℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为1mM，调节溶液pH值为3。将制备的铁基非晶涂层碎块按照4g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为28kHz超声波发生器中，超声施加时间为每隔5min停止30s，同时在机械搅拌速率为450r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断金橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。本实施例铁基非晶涂层可在20min之内将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下，具有良好的染料污水净化效果。
实施例10
本实施例制备的铁基合金化学成分为Fe70B20Si5Nb5，铁基合金涂层的厚度约为0.6mm。
实施例11
本实施例制备的铁基合金化学成分为Fe70B20Si2Nb8，铁基合金涂层的厚度约为0.5mm。
实施例12
本实施例制备的铁基合金化学成分为Fe70B20Si9Nb，铁基合金涂层的厚度约为0.4mm。
实施例13
本实施例制备的铁基合金化学成分为Fe78B20SiNb，铁基合金涂层的厚度约为0.3mm。
实施例14
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，具体包括以下步骤：
铁基非晶涂层制备：使用砂纸打磨Q235钢基体试样表面除去氧化物，将打磨后的试样分别使用无水乙醇、丙酮超声清洗10min，以除去表面颗粒杂质和油污。在基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，优选的喷涂工艺参数为：喷涂电压34V，喷涂电流150A，压缩空气压力0.7MPa，相对距离180mm。喷涂后，将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用。
降解行为实验：向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为20mg/L的酸性橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为25℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为1mM，调节溶液pH值为3。将制备的铁基非晶涂层碎块按照4g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为20kHz超声波发生器中，超声波施加时间为每隔60min停止0s，同时在机械搅拌速率为400r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断酸性橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。
实施例14制备的铁基非晶涂层的X射线衍射图谱见图10。可以看出，在2θ＝45°处出现了一个漫散射峰，这是典型的非晶态结构的XRD图谱，说明在涂层在沉积过程中形成了非晶结构。
实施例15：
一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，具体包括以下步骤：
铁基非晶涂层制备：使用砂纸打磨Q235钢基体试样表面除去氧化物，将打磨后的试样分别使用无水乙醇、丙酮超声清洗10min，以除去表面颗粒杂质和油污。在基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，优选的喷涂工艺参数为：喷涂电压34V，喷涂电流150A，压缩空气压力0.7MPa，相对距离220mm。喷涂后，将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用。
降解行为实验：向容量为500mL的烧杯中加入250mL浓度为20mg/L的酸性橙II染料溶液，将烧杯放入恒温水浴锅中保温，设置温度为25℃，待温度稳定后，加入双氧水，调节双氧水浓度为1mM，调节溶液pH值为3。将制备的铁基非晶涂层碎块按照4g/L的用量加入到上述的染料溶液中，并将烧杯置于频率为30kHz超声波发生器中，超声施加时间为每隔3min停止60s，同时在机械搅拌速率为500r/min条件下使染料溶液与涂层充分接触反应60min，实现染料的降解效果。涂层浸入后开始计时，并间隔一定时间取样测试时刻溶液中偶氮染料浓度，便于用紫外-可见分光光度计进行颜色的检测，从而判断酸性橙II溶液的浓度变化，所测浓度与初始浓度的比值为溶液染料相对浓度。本实施例的非晶涂层可在20min之内将溶液中偶氮染料降解完成，染料相对浓度降低至5％以下，具有良好的染料污水净化效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种超声波辅助铁基非晶涂层高效降解偶氮染料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，铁基非晶涂层制备：使用砂纸打磨Q235钢基体试样表面除去氧化物，将打磨后的试样分别使用无水乙醇、丙酮超声清洗10min，以除去表面颗粒杂质和油污；在基体表面利用高速电弧喷涂技术制备Fe72B20Si5Nb3非晶涂层，喷涂材料采用直径为2mm的低碳钢外皮包覆硅铁、硼铁和铌铁合金粉末混合而成的粉芯丝材，喷涂工艺参数为：喷涂电压34V，喷涂电流150A，压缩空气压力0.7MPa，相对距离220mm；喷涂后，将铁基非晶涂层从基体中取下得到铁基合金涂层薄片并破碎为碎块待用；
步骤二，在20-80℃恒温水浴环境下，将一定量的、浓度为20-100mg/L的偶氮染料废水置于反应容器中，用浓度为1-6mM双氧水调节溶液反应pH值为2-5，加入2-32g/L的铁基非晶涂层，在外加机械搅拌和间歇式超声波条件下反应不超过20min，实现偶氮染料溶液均匀降解；
所述间歇式超声波条件为每隔3～5min停止30～60s，超声波频率为20～30kHz；
所述间歇式超声波辅助机械搅拌，利用超声波的空化效应产生的小气泡和声压同步膨胀、收缩，反复作用于铁基非晶涂层表面的降解产物，将其层层剥离，使得铁基非晶涂层时刻保持高效降解反应；同时由于空化效应时气泡溃灭产生的强大冲击波增大铁基非晶涂层表面的粗糙度，从而增加了溶液与铁基非晶涂层的反应接触面积；另外通过热效应对溶液产生搅拌作用，促进热运动，加快溶液降解反应速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述机械搅拌的速率为400～500r/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述偶氮染料包括酸性橙II或金橙II。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基体包括金属、木材、水泥以及陶瓷制品。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一替换为：利用高速电弧喷涂技术制备在用于盛装偶氮染料的容器表面或者搅拌器表面的铁基非晶涂层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述容器包括腔体、降解池、溶池；所述搅拌器包括毛刷、扇叶。
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