【摘 要】
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在众多铁基非晶合金材料当中,Fe-Si-B非晶合金在处理偶氮染料废水时具有突出的脱色性能,但是各种影响因素对脱色性能的影响及其机理尚未有系统性的研究。深入研究Fe-Si-B非晶合金使偶氮染料脱色的内在机理,进一步研究提升脱色速率和降低能耗的方法,有利于推动Fe-Si-B非晶合金处理纺织业废水的工业应用。首先,本论文研究了非晶态与晶态合金,不同成分的非晶合金在处理偶氮染料时的脱色性能及机理。实验结果
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在众多铁基非晶合金材料当中,Fe-Si-B非晶合金在处理偶氮染料废水时具有突出的脱色性能,但是各种影响因素对脱色性能的影响及其机理尚未有系统性的研究。深入研究Fe-Si-B非晶合金使偶氮染料脱色的内在机理,进一步研究提升脱色速率和降低能耗的方法,有利于推动Fe-Si-B非晶合金处理纺织业废水的工业应用。首先,本论文研究了非晶态与晶态合金,不同成分的非晶合金在处理偶氮染料时的脱色性能及机理。实验结果表明,Fe-Si-B退火态合金及Fe-B-C非晶合金主要通过吸附作用达到使偶氮染料脱色的目的,脱色性能较差,反应速率常数kobs分别为0.0064 min-1和0.0474 min-1。而Fe-Si-B非晶合金具有更高的反应活性,可以将偶氮染料分子降解成含氨基产物,从而使偶氮染料脱色,表现出优异的脱色性能,kobs可达到0.0872 min-1。其次,研究了比表面积、反应温度、溶液初始pH以及偶氮染料初始浓度等化学因素对Fe-Si-B非晶合金降解偶氮染料时反应速率的影响规律,明确了Fe-Si-B非晶合金的脱色机理,并得到了一组最优的工艺参数组合:带材用量2 g/L,带材厚10μm,反应温度为55℃,pH为3及偶氮初始浓度为20 mg/L,kobs可达到0.1778 min-1。最后,在Fe-Si-B非晶合金可以降解偶氮染料的基础上,利用电催化的方式进一步提升脱色速率。实验结果表明,施加电流可有效地加速反应速率,未施加电流时,反应90分钟降解效率仅为26.6%。而施加100 m A作用下,反应10分钟,降解效率便可达到88.1%,单位能耗为0.539 k Wh/mol。基于电催化会造成大量单位能耗的前提下,探索了电流大小、阳极面积、电极间距、电解质浓度及偶氮初始浓度等电催化工艺参数对降解效率及单位能耗的影响规律,并得到了一组单位能耗最低的工艺参数组合,单位能耗仅为0.114 k Wh/mol,同时具有较好的稳定性,重复使用8次,反应20分钟仍可达到近90%的降解效率及0.120 k Wh/mol以下的单位能耗。通过分析不同结构及成分的铁基合金材料的脱色性能及微观性质,得出了Fe-Si-B非晶合金优异的偶氮染料降解性能的内在机理;通过改变多种影响因素的数值,提升了Fe-Si-B非晶合金的降解能力,同时大大降低了电催化所需的单位能耗,对于Fe-Si-B非晶合金在降解偶氮染料过程中的工艺选择有着重大指导意义,进一步促进Fe-Si-B非晶合金在印染废水处理中的实际应用。
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