脱合金化法制备FeCoNiAlSiB纳米多孔高熵合金及其偶氮染料降解性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanglin0824
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染料工业的高速发展使废水排放量持续增长,染料废水的高效降解处理不容忽视。偶氮染料着色能力强且易于合成、色谱齐全,目前应用最为广泛,但其具有很强的致癌性,且化学惰性高、极难降解,如何高效降解偶氮染料废水一直是该领域的研究热点。目前用于偶氮染料降解的材料往往具有降解效率低、稳定性差、制备工艺复杂等缺点。针对以上问题,本课题将高熵合金的多组元协同效应与纳米多孔合金的高比表面积和网状通道优势相结合,以Fe-Si-B合金为基础,添加与Fe相似的过渡元素Co、Ni,以及高活性等级元素Al设计出Fe35Co25Ni10Al10Si15B5高熵合金。采用单辊甩带法制备高熵合金条带,并以此作为前驱体,用电化学脱合金化法制备纳米多孔高熵合金,通过对样品进行结构表征、形貌观察及降解性能评价,分析了纳米多孔结构产生的机理以及合金优异降解性能的原因。主要研究结果如下:1.快淬的Fe35Co25Ni10Al10Si15B5高熵合金条带由BCC相和B2相组成。将该合金条带在0.1 mol/L的H2SO4溶液中以-0.08 V恒电位脱合金化后可获得具有纳米孔隙与韧带双连通的三维纳米多孔结构,平均孔径为50 nm,平均韧带宽度为60 nm。高熵纳米多孔合金成分为Fe37Co29Ni13Al7Si12B2,仍由B2相和BCC相组成,但BCC相占比降低。在脱合金化过程中,前驱体合金条带中相对活泼的BCC相被部分腐蚀,相对稳定的B2相得以保留,B2相与剩余的BCC相发生扩散和聚集,形成韧带,韧带的相互连接使合金整体形成了三维纳米多孔结构。2.快淬的Fe35Co25Ni10Al10Si15B5高熵合金条带对200 mg/L的直接蓝6溶液降解60min后的降解效率为72%,反应速率常数kobs约为0.023 min-1;相同条件下纳米多孔高熵合金在30 min内的降解效率可达95%,反应速率常数kobs1约为0.172 min-1,kobs2约为0.064 min-1,是快淬合金带材的7倍。纳米多孔高熵合金的优异降解性能归因于:(1)多组元特性使基体上有原电池生成,以及金属和类金属的协同作用共同推动降解反应的进行;(2)高熵合金独特的晶体结构特性、晶格畸变等提供更多的活性位点;(3)纳米多孔结构极大程度增加了比表面积、缩短反应时间,促进染料的降解。3.FeCoNiAlSiB纳米多孔高熵合金条带的降解性能随脱合金制备时采用的电解液(H2SO4)浓度和降解过程中p H值的升高均呈现出先升高后降低的变化趋势,分别在电解液浓度为0.1 mol/L和p H为3时表现出最佳的降解性能,即30 min内的降解效率可达95%,反应速率常数kobs1约为0.172 min-1,kobs2约为0.064 min-1。这两种方式分别通过调控纳米多孔合金的形貌和降解时的H+浓度影响降解性能。此外,纳米多孔高熵合金还具有良好的软磁特性,饱和磁化强度为103 emu/g,在实际应用中易于回收。
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