元素调控对Fe基非晶合金催化降解合成染料性能影响

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rogiangel
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近年来,随着化学化工产业的发展,合成染料应用广泛,但它在为世界提供缤纷色彩的同时,也让染料废水治理成为了难题。染料废水一般具有色度高、组成复杂、有机物浓度大、稳定性强等特点,自然界中的需氧生物很难对其进行降解,不经处理就排放会极大的破坏生态系统,造成严重后果。新兴的高级氧化法如芬顿/类芬顿法因为对污染物具有高的降解效率而倍受研究人员青睐,但其仍然存在催化剂效率不高的问题,而非晶合金独特的内部结构、广泛可调的原子组成和高的催化活性有效弥补了传统染料降解催化剂的短板,成为目前研究领域新的热点。本文以Fe-Co-P-C系非晶合金条带为研究对象,以合成染料亚甲基蓝为目标污染物,研究了多种元素调节对材料通过类芬顿反应催化降解染料性能的影响和规律。首先,系统研究不同的C和P的比例的非晶合金条带的催化降解性能。通过熔炼和甩带制备出Fe40Co40P20-xCx(x=5,7,9,11,13,15,20 at.%)系列非晶合金条带,利用XRD,DSC测试验证所制备材料的非晶结构。通过类芬顿实验测试各样品的降解催化染料性能,结果表明,随着C元素的增加,样品的催化降解性能先增加后降低,当C含量为11 at.%时,非晶合金条带的降解性能最好,在CH2O2=1 m M、PH=3、条带用量为0.5 g/L的反应条件下,Fe40Co40P9C11可以在10分钟内降解完200 ml浓度为20 ppm的亚甲基蓝溶液。利用SEM、EDS、XPS等表征技术对反应前后的各样品进行测试,结果发现,P、C比例不同会显著影响反应中条带表面形貌和元素价态变化,反应后表面形成多孔结构的成分催化降解性能最好。在确定了P、C最佳比例后,进一步研究不同的Fe和Co含量对非晶降解催化性能的影响。实验设计并制备了Fe40-xCoxP9C11(x=0,2,10,20,40 at.%)系列非晶合金条带,利用XRD,DSC测试验证所制备材料的非晶结构。通过类芬顿实验测试各样品的降解催化染料性能,结果显示,随着Co添加量的增加,样品的催化降解亚甲基蓝性能先增加后降低。当Co含量为2 at.%时,非晶合金条带的降解性能最好,在CH2O2=1 m M、PH=3、条带用量为0.5 g/L的反应条件下,Fe78Co2P9C11可以在6分钟降解掉200 ml浓度为20 ppm的亚甲基蓝溶液,表现出了Fe基非晶染料降解催化剂研究领域的优异水平。利用SEM、EDS、XPS等表征技术对反应前后的各样品进行测试,结果发现,各样品表面在反应中均形成了多孔结构,但Co元素含量的变化对孔的直径、径向深度、分布密度等有很大影响,同时也影响了材料的稳定性,Co含量越高,材料稳定性越强。反应后表面多孔结构分布密集且稳定性较强的样品催化降解性能最好。通过对测试结果和数据的分析,本文发现即使非晶材料中所含元素种类相同,仅改变其中所含元素配比,也可以在很大程度上改善其降解性能。这说明在非晶材料中,如何发挥出元素与元素之间的最佳协同作用仍需要深入研究。
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