公布日：2022.06.10
申请日：2022.03.16
分类号：C02F1/72(2006.01)I;B01J23/847(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种铁基非晶复合材料催化降解废水中有机污染物的方法。所述铁基非晶复合材料，分子式为FexNbyB14Cuz，其中x选自83～84，y选自1～2，z选自0～1，并且x+y+z＝86。通过调整待降解废水pH值至3～9后加入双氧水，形成混合溶液，然后投加所述的铁基非晶复合材料，搅拌混合反应，实现废水中有机污染物的降解。本发明的FeNbBCu非晶复合材料作为活性催化剂用于降解染料中的有机污染物，降解速率快，且循环使用稳定性好，合金成本低廉，制备工艺简单，且明显没有磷等的二次污染，在废染料治理方面具有良好的应用前景，对发展绿色和可持续经济具有重要意义。
权利要求书
1.一种铁基非晶复合材料在降解含酸性橙7染料的有机废水中的应用，其特征在于，所述铁基非晶复合材料分子式为Fe83Nb2B14Cu1；所述铁基非晶复合材料为厚度20μm～32μm的薄片状；所述有机废水中酸性橙7的浓度为20-100mg/L；具体包括以下步骤：步骤a：20～50℃条件下，调整溶液pH值为3～9，然后加入浓度为0.5～2mM的双氧水，形成混合溶液，有机废水和双氧水的体积比为：250mL：10-150μL；步骤b：按照2～4g/L的用量向混合溶液中加入所述的铁基非晶复合材料，在100r/min～600r/min条件下搅拌混合反应，实现废水中有机污染物的降解；所述铁基非晶复合材料的制备步骤包括：（1）按照各元素的原子比称量Fe、Nb、B、Cu原料并混合，在600mbar的氩气气氛下熔炼得到母合金；（2）母合金加热熔融制成熔体后利用压强差将熔体打在旋转的铜辊上，利用旋转的铜辊甩出非晶条带，即为所述铁基非晶复合材料；所述步骤（1）中：Fe、Nb、B、Cu原料为纯度分别为99.99%、99.99%、99.5%、99.99%的Fe、Nb、B、Cu单质；混合时，B原料置于底层，Fe、Nb、Cu原料混合后置于B上面；熔炼条件：15-30mA电流条件下熔炼至原料熔化后提高电流至80-100mA继续熔炼1-2min；所述步骤（1）熔炼过程重复5次，每次熔炼结束后，随炉冷却至凝固后，合金锭翻转进行再次熔炼；所述步骤（2），压强差为0.005～0.03MPa，铜辊转速3500r/min～5000r/min。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，还包括降解结束后，取出铁基非晶复合材料用水浸泡冲洗后循环利用。
发明内容
基于上述内容，本发明提供一种成本低、制备工艺简单、降解速率快、没有二次污染的铁基非晶复合材料作为活性催化剂降解废水具有极好的工业应用前景。
本发明的技术方案之一，一种铁基非晶复合材料，分子式为FexNbyB14Cuz，其中x选自83～84，y选自1～2，z选自0～1，并且x+y+z＝86。
进一步地，分子式为以下三种中的任意一种：Fe84Nb2B14，Fe83Nb2B14Cu1，Fe84Nb1B14Cu1；所述铁基非晶复合材料为厚度为20μm～32μm的薄片状。
本发明元素配比能制备出性能稳定的非晶复合材料，Nb、B、Cu相互协同能够抑制形核和晶核长大，是制备母体材料的必需的配料。
本发明的技术方案之二，上述铁基非晶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照各元素的原子比称量Fe、Nb、B、Cu原料并混合，在600mbar的氩气气氛下熔炼得到母合金；
(2)母合金加热熔融制成熔体后利用压强差将熔体打在旋转的铜辊上，利用旋转的铜辊甩出非晶条带，即为所述铁基非晶复合材料。
进一步地，所述步骤(1)中：Fe、Nb、B、Cu原料为纯度分别为99.99％、99.99％、99.5％、99.99％的Fe、Nb、B、Cu单质；混合时，B原料置于底层，Fe、Nb、Cu原料混合后置于B上面；熔炼条件：15-30mA电流条件下熔炼至原料熔化后提高电流至80-100mA继续熔炼1-2min；熔炼过程中搅拌。
混合时，B原料置于下面，Fe、Nb、Cu原料混合后置于B上面，并进一步限定先用小电流熔炼，再用大电流熔炼可以避免导热不好的B崩溅。
进一步地，所述步骤(1)熔炼过程重复5次，每次熔炼结束后，随炉冷却至凝固后，合金锭翻转进行再次熔炼。
进一步地，所述步骤(2)，压强差为0.005～0.03MPa，铜辊转速3500r/min～5000r/min。铜辊加热温度1000℃以上。
本发明的技术方案之三，一种铁基非晶复合材料催化降解废水中有机污染物的方法，使用上述铁基非晶复合材料催化降解废水中的有机污染物。
进一步地，包括以下步骤：
步骤1：调整待降解废水pH值至3～9后加入双氧水，形成混合溶液；
步骤2：向混合溶液中投加上述铁基非晶复合材料，搅拌混合反应，实现废水中有机污染物的降解。
进一步地，所述待降解废水为含酸性橙7染料的有机废水，有机废水中酸性橙7的浓度为20-100mg/L；具体包括以下步骤：
步骤a：20～50℃条件下，向待降解废水中加入质量浓度为5％的硫酸和/或1mol/L的氢氧化钠，调整溶液pH值为3～9，然后加入浓度为0.5～2mM的双氧水，形成混合溶液，有机废水和双氧水的体积比为：250mL：10-150μL；
步骤b：按照2～4g/L的用量向混合溶液中加入上述铁基非晶复合材料，在100r/min～600r/min条件下搅拌混合反应，实现废水中有机污染物的降解。
进一步地，还包括降解结束后，取出铁基非晶复合材料用水浸泡冲洗后循环利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的FeNbBCu非晶复合材料作为活性催化剂用于降解染料中的酸性橙7，其降解速率快，效果显著，且循环使用稳定性好，此外，合金成本低廉，制备工艺简单，且明显没有磷等的二次污染，在废染料治理方面具有良好的应用前景，对发展绿色和可持续经济具有重要意义。
本发明铁基非晶复合材料和现有技术中的其他铁基非晶复合材料相比具有更加优异的热稳定性和工业生产窗口。其中Cu原子可以提供更多形核点，有利于细化晶粒，Nb原子作为大原子，可以抑制晶核生长，B原子提高非晶更好的稳定性和形成能力。经过实验研究按照Fe84Nb2B14，Fe83Nb2B14Cu1，Fe84Nb1B14Cu1的原子百分比才能制备出结构和性能优异的非晶复合材料，受非晶合金非晶形成能力的限制，原子百分比发生变化后，制备出的材料的结构和性能将发生很大的变化，用于降解后的效果会大打折扣。此外，该合金体系不含P、C等在高温下易挥发的元素，在材料高温熔炼工业化制备过程中能保证成分均匀，特别适合工业化大规模生产，对铁基非晶复合材料污水处理的低成本、大规模应用具有重要意义。
（发明人：谢小芬;杨卫明;薛琳;余秀东;刘海顺）