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(guān)注。該發(fā)現(xiàn)為非晶合金作為功能材料的應(yīng)用開辟了新的方向。然而，關(guān)于非晶合金對偶氮染料高效降解機(jī)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(jī)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(jī)制的研究，同時(shí)研究了Fe基非晶合金與電化學(xué)方法耦合降解偶氮染料的行為

2、及機(jī)制。研究結(jié)果一方面加深了非晶合金高效降解偶氮染料的行為及機(jī)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(shí)際應(yīng)用具有重要的推動(dòng)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(gè)階段，且均符合假一級衰減動(dòng)力學(xué)模型。第一階段主要表現(xiàn)為對染料分子的吸附效應(yīng)，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(guān)。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(jìn)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(yīng)、催化降解等過程的發(fā)生。連續(xù)多次重復(fù)降解試驗(yàn)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。除首次外，其余各次的脫色過程均為一步反應(yīng)，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(jìn)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(yīng)的晶態(tài)合金以及Fe基、Mg基非晶合金，同時(shí)表現(xiàn)出較小的質(zhì)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(jìn)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(yīng)生成強(qiáng)氧化性的·OH氧化分解偶氮染料起主導(dǎo)作用。這種降解機(jī)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(shí)現(xiàn)很好的降解效果，且能多次重復(fù)使用。
　　Cu46Zr445Al75Gd2非晶合金也能夠很好地降解偶氮染料，降解反應(yīng)的表觀激活能僅為17kJ/mol，遠(yuǎn)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(shí)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(jià)金屬還原偶氮染料的反應(yīng)，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(fù)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(jìn)作用。Fe78Si8B14非晶合金與電化學(xué)方法聯(lián)用，能夠電催化H2O與O2反應(yīng)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(shí)Fe78Si8B14非晶合金電化學(xué)的降解偶氮染料的反應(yīng)速率比U=0V的化學(xué)法快12倍。Fe78Si8B14