铁基非晶合金用于印染废水脱色的机理研究

本项目在分析印染废水中染料分子在铁表面转化途径基础上，提出以控制材料的腐蚀、提高材料的表面催化活性作为突破口，充分利用铁基非晶合金的结构优点和性能优势，探讨铁基非晶合金作为内电解材料用于印染废水脱色的机理。拟通过研究不同处理方法和不同合金元素添加对于铁基非晶合金的结构、表面状态的影响，深入研究具有不同表面结构的铁基非晶合金耐蚀性的变化和脱色机理的演变规律，揭示不同合金元素对于铁基非晶合金的表面结构和脱色机理的影响规律，为发展具有高脱色效率低腐蚀性的铁基非晶合金提供理论依据。同时，本项目的实施将极大的丰富和发展非晶合金的研究领域，为非晶合金的应用提供新的思路和理论依据。

本项目系统研究了铁基非晶合金对偶氮染料的脱色性能和机理，揭示了不同结构、合金化元素对铁基非晶合金的表面成分、结构及其脱色性能的影响规律，为发展具有高脱色效率、低腐蚀性的铁基非晶合金奠定了坚实基础。.以Fe78Si8B14非晶薄带作为脱色材料，以酸性橙II染料溶液作为目标污染物。在Fe78Si8B14 - H2O体系中，还原酸性橙II偶氮键的主要途径是电子直接由非晶薄带中的零价铁转移至偶氮键，从而将偶氮键还原成氨基有机物。与晶态零价铁相比，非晶合金的脱色速率要高出一个数量级以上，主要归因于两点：一，非晶合金的电子结构变化有利于降解反应的进行；二，非晶合金本身的高能态对偶氮染料的还原降解产生了较好的催化作用。.微观结构对于铁基非晶合金脱色性能影响规律的研究进一步证实了以上观点。研究表明，与部分晶化和完全晶化的薄带相比，铸态非晶薄带具有最快的脱色速率；结构弛豫也会降低薄带的脱色性能。对于状态相似的初始铸态非晶薄带，退火温度越高，退火保温时间越长，结构弛豫越明显，相应薄带的脱色速率越低。究其原因，结构弛豫导致了薄带表面和染料溶液之间表面能升高，减少脱色过程中活性位的数目。此外，退火中铸态非晶薄带表面发生了元素偏聚以及氧化层的生长，造成表层铁元素的贫化、硅元素的富集以及氧化膜厚度的增加，均会引起合金脱色效率的降低。.脱色反应条件对于铁基非晶薄带的脱色性能有显著影响。系统研究了温度、初始染料浓度、酸碱度、薄带投加量以及盐含量等因素对于铁基非晶薄带脱色性能的影响规律。铁基非晶薄带的脱色动力学遵循一级衰减动力学模型，其脱色速率随温度升高及薄带投加量的增加而加快，随染料溶液初始酸碱度升高以及染料溶液初始浓度降低而减慢。循环使用实验表明，已经使用过的非晶薄带可以在不经任何处理的情况下连续使用四次以上而脱色速率没有明显衰减。.微合金化对铁基非晶合金的脱色性能具有显著影响。合金化元素如Co、Ni、Cr和Pd等的引入改变了非晶合金的表面状态及腐蚀行为，进而影响其脱色性能。添加Cr，在合金表面形成致密的表面膜，使非晶合金完全失去脱色能力；添加Co有效增强了合金的脱色性能，同时降低了合金的腐蚀电流密度，提高了合金的耐腐蚀能力。通过对比研究可以发现添加不同元素以及含量能有效调节非晶薄带的脱色性能和耐腐蚀性能关系，为发展兼具良好的脱色性能耐腐蚀性能的非晶合金提供了一条途径。