非晶合金降解偶氮染料的性能研究.pdf

1、近期，研究發(fā)現(xiàn)非晶合金能高效降解偶氮染料分子，受到了廣泛的關注。該發(fā)現(xiàn)為非晶合金作為功能材料的應用開辟了新的方向。然而，關于非晶合金對偶氮染料高效降解機理、非晶合金的成分和表面狀態(tài)等對降解行為的影響規(guī)律及機制等問題的理解尚不深入，影響了適用于高效降解印染廢水的非晶合金成分及工藝的發(fā)展。針對此，本文開展了Fe基非晶合金、Co基非晶合金和Cu基非晶合金對偶氮染料降解行為及機制的研究，同時研究了Fe基非晶合金與電化學方法耦合降解偶氮染料的行為

2、及機制。研究結果一方面加深了非晶合金高效降解偶氮染料的行為及機制的理解，另一方面對發(fā)展高性能水處理用非晶合金及其實際應用具有重要的推動作用。
　　表面氧化的Fe78Si8B14非晶合金對偶氮染料溶液的脫色過程可以分為兩個階段，且均符合假一級衰減動力學模型。第一階段主要表現(xiàn)為對染料分子的吸附效應，第二階段表現(xiàn)為非晶合金對染料分子還原、催化降解過程。脫色速率第二階段優(yōu)于第一階段。這種降解行為主要與表面氧化的Fe78Si8B14非晶合金

3、在偶氮染料水溶液中的表面組織狀態(tài)演變密切相關。在偶氮染料水溶液中，F(xiàn)e基非晶合金的表面氧化膜首先溶解破裂，暴露出新鮮表面，進一步被腐蝕，逐漸形成疏松狀表面組織，一方面有利于對染料分子的吸附，另一方面，隨著吸附染料分子的量增多，暴露的新鮮表面能夠充分接觸到染料分子，從而誘發(fā)了還原反應、催化降解等過程的發(fā)生。連續(xù)多次重復降解試驗也驗證了這一點。除首次外，其余各次的脫色過程均為一步反應，并具有更快的脫色效率。由此可見，表面氧化膜只在一定程度上

4、延緩了脫色進程，而對Fe78Si8B14非晶合金降解偶氮染料的最終效果及長久使用性能影響不大。
　　Co78Si8B14非晶合金具有很好的降解偶氮染料能力，其降解偶氮染料的速率高于相應的晶態(tài)合金以及Fe基、Mg基非晶合金，同時表現(xiàn)出較小的質量損失。這主要是由于CoO作為電子提供者還原降解染料分子的作用較弱，而Co78Si8B14非晶合金中高度配位不飽和的原子作為催化劑，利用吸附的原子態(tài)氫對染料分子進行加氫催化，以及Si、B和Co之

5、間形成局部電偶，電催化水與溶解氧反應生成強氧化性的·OH氧化分解偶氮染料起主導作用。這種降解機制使得Co78Si8B14非晶合金降解偶氮染料的適用范圍更寬，對于不同溫度、不同初始濃度、不同pH(3～10)的染料廢水都能實現(xiàn)很好的降解效果，且能多次重復使用。
　　Cu46Zr445Al75Gd2非晶合金也能夠很好地降解偶氮染料，降解反應的表觀激活能僅為17kJ/mol，遠低于已有非晶合金降解偶氮染料的表觀激活能，說明Cu46Zr44

6、5Al75Gd2非晶合金降解偶氮染料時具有高催化活性。此外，Cu46Zr445Al75Gd2非晶合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，其在降解偶氮染料的過程中幾乎沒有腐蝕損耗以及零價金屬還原偶氮染料的反應，使得Cu46Zr445Al75Gd2非晶合金在降解偶氮染料的過程具有良好的穩(wěn)定性，如在重復循環(huán)使用十次之后，Cu46Zr445Al75Gd2非晶合金處理偶氮染料的降解效率和降解速率依然能夠保持不變。相對于Fe基、Mg基和Co基等非晶合金，Cu46

7、Zr445Al75Gd2非晶合金降解染料廢水不僅速率快，使用壽命更是大幅度提高，但pH值適用范圍相對較小。
　　電場的施加對于Fe78Si8B14非晶合金降解偶氮染料具有重要促進作用。Fe78Si8B14非晶合金與電化學方法聯(lián)用，能夠電催化H2O與O2反應生成羥基自由基(·OH)，從而快速氧化染料分子，提高降解速率。U=1V時Fe78Si8B14非晶合金電化學的降解偶氮染料的反應速率比U=0V的化學法快12倍。Fe78Si8B14