專利名稱：一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及狗基非晶合金材料，具體為一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金 條帶及其制備方法，該材料對于印染廢水尤其是偶氮染料印染廢水的處理具有很好的效
: O
背景技術(shù)：
目前，印染廢水處理技術(shù)主要包括物理吸附法、化學(xué)絮凝法、膜分離法、化學(xué)氧化 法、生物降解法等，現(xiàn)有的這些不同處理技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。例如，活性炭吸附法 對于印染廢水有良好的處理效果，但由于價格昂貴、再生困難，一般只用于濃度較低廢水或 者深度處理；而無機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和復(fù)合絮凝劑則具有很強(qiáng)的選擇性，且存在 投加量過大、沉淀污泥過多等缺點(diǎn)；膜分離技術(shù)具有低能耗、操作簡單、可回收有用物質(zhì)等 優(yōu)點(diǎn)，但膜及其設(shè)備價格昂貴、不易維護(hù)；化學(xué)氧化法則需要消耗大量化學(xué)試劑，且存在安 全性隱患；生物降解法屬于環(huán)境友好型處理方法，但其選擇性更強(qiáng)，一種生物菌往往只對某 種或某幾種染料具有脫色效果，而且對廢水的酸堿度有特定要求。還原鐵粉和鑄鐵廢屑也應(yīng)用于印染廢水的處理中，由于這種方法不使用附加的設(shè) 備，不使用強(qiáng)氧化劑，被認(rèn)為是一種環(huán)境友好的方法。但是傳統(tǒng)的還原鐵粉處理印染廢水所 采用的鐵粉往往是商業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，而鑄鐵廢屑其純度、活性等指標(biāo)比起還原鐵粉更差，這就導(dǎo) 致需要很長的處理時間才能達(dá)到后續(xù)處理的標(biāo)準(zhǔn)；而且這種方法需要在一定的PH值范圍 內(nèi)才能有明顯的作用，這就需要對大批量的印染廢水進(jìn)行PH值調(diào)整，對于實(shí)際應(yīng)用來說非 常不方便。此外，由于還原鐵粉和鑄鐵屑的比表面比較大，在實(shí)際的印染廢水過程中會發(fā) 生嚴(yán)重的氧化，造成鐵的銹蝕消耗。而且由于鐵極易與酸反應(yīng)，通過酸洗而實(shí)現(xiàn)其表面還原 能力的復(fù)原可操作性差，給還原鐵粉或鑄鐵廢屑的再利用帶來困難，往往僅能進(jìn)行一次廢 水處理，造成了該方法的成本升高，限制了其廣泛應(yīng)用。為了彌補(bǔ)還原鐵粉或鑄鐵廢屑在實(shí) 際的印染廢水處理過程中需要滿足的處理?xiàng)l件較多，處理效果不佳及可重復(fù)利用性差等缺 點(diǎn)，可以通過非晶化技術(shù)，制得狗基非晶條帶。這種非晶條帶中，鐵以原子態(tài)存在，保留了 零價鐵本身具有的除色功能，而且兼具鐵基非晶及薄帶樣品的優(yōu)勢，是一種很有應(yīng)用價值 的印染廢水除色材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶及其制備方 法，該非晶化技術(shù)為可以解決還原鐵粉或鑄鐵廢屑在實(shí)際的印染廢水處理過程中需要滿足 的處理?xiàng)l件較多，處理效果不佳及可重復(fù)利用性差等缺點(diǎn)的預(yù)處理技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶，根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)及技術(shù)資料選取具 備鐵基非晶條帶形成能力的合金成分，一般要求選取的合金成分中鐵的原子百分比在50% 以上(50 90% )，以60% 85%之間為宜，以發(fā)揮鐵原子的還原脫色能力，非晶合金以條帶形式存在；本發(fā)明中，鐵基非晶合金中的其他添加元素為Mo、Si、B或其他現(xiàn)有文獻(xiàn)及技術(shù) 資料涉及的有助于鐵原子非晶化的元素中的一種或幾種，其原子百分含量范圍分別為Mo 0 1%，Si :8 11%，B :12 14%或參考相應(yīng)文獻(xiàn)及技術(shù)資料。本發(fā)明中，鐵基非晶合金條帶的規(guī)格范圍如下條帶寬度2 IOmm ；條帶厚度20 100 μ m ；條帶長度可根據(jù)使用要求，通過改變 感應(yīng)熔煉的合金質(zhì)量來進(jìn)行調(diào)整。所述用于印染廢水處理的鐵基非晶合金的制備方法，包括如下步驟(1)根據(jù)所選定的合金成分，進(jìn)行稱量配比，在惰性氣體氣氛或真空中感應(yīng)熔煉制 成選定成分的合金。熔煉過程中可施加電磁攪拌，以保證合金成分的均勻。(2)利用甩帶設(shè)備，將合金錠在惰性氣氛或真空中利用中頻電源進(jìn)行感應(yīng)熔化。當(dāng) 熔化完全成分均勻時，通過瞬時壓差將金屬液噴到輥輪上進(jìn)行甩帶得到非晶條帶。針對不同合金成分的非晶形成能力，甩帶設(shè)備的輥輪轉(zhuǎn)速一般選擇在1000 2000rpm。所述步驟O)中，甩帶設(shè)備的瞬時壓差是指合金熔體上方與甩帶設(shè)備腔體壓差， 其范圍為0. 04 0. 06MPa。本發(fā)明提供了兩種利用該方法而得到的，對于偶氮染料具有良好脫色效果的鐵基 非晶合金材料，按原子百分比計(jì)，其合金成分分別為(Fi5a99Moatll)78Si9B13和!^e78Si9B13,經(jīng)X 射線衍射(XRD)證實(shí)，所獲得的條帶具有典型的非晶態(tài)合金的特征。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明預(yù)處理技術(shù)所得到的鐵基非晶條帶通過添加其他元素，利用甩帶設(shè)備進(jìn) 行快速凝固而實(shí)現(xiàn)了零價鐵的非晶化，從而保留了鐵原子的除色能力。一方面，非晶條帶以 非晶態(tài)存在，沒有晶體缺陷；另一方面，非晶條帶以條帶的形式存在，其比表面積介于粉末 和板材之間。綜合這兩方面考慮，在印染廢水處理過程中，非晶條帶中的零價鐵不會因?yàn)榫?間腐蝕和過度氧化，而造成用于還原偶氮染料鐵原子的利用率的降低。2.本發(fā)明鐵基非晶條帶的條帶成形能力強(qiáng)，生產(chǎn)成本低，技術(shù)成熟，無需大量資 金、技術(shù)投入及即可投入生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)化較為容易。3.由于鐵基非晶合金本身與酸的反應(yīng)速度比較慢，當(dāng)非晶合金條帶表面的鐵的氧 化物及氫氧化物沉積到一定程度而影響了條帶的處理效果時，可以直接以酸洗沖刷的方式 而使其脫色能力迅速得到恢復(fù)，重復(fù)利用性好。4.本發(fā)明中，鐵基非晶合金以薄帶的狀態(tài)存在，其適中的比表面積使鐵原子的利 用率得以提高。而且，當(dāng)非晶合金條帶表面的鐵的氧化物及氫氧化物沉積到一定程度而影 響了條帶的處理效果時，可以直接以酸洗沖刷的方式而使其脫色能力迅速得到恢復(fù)，重復(fù) 利用性好。該種鐵基非晶合金條帶在印染廢水的脫色處理過程中顯示了巨大的應(yīng)用潛力。5.本發(fā)明通過添加其他元素，利用甩帶設(shè)備進(jìn)行快速凝固而實(shí)現(xiàn)對零價鐵的非晶 化，有效地減少了在廢水處理過程中的銹蝕消耗，在保證脫色速率的前提下使條帶的重復(fù) 利用成為現(xiàn)實(shí)，克服了傳統(tǒng)的還原鐵粉或鑄鐵廢屑處理印染廢水的技術(shù)及應(yīng)用缺陷，是非 晶化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的又一有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域，具備非常好的應(yīng)用前景。


圖1為新制備的(Fe5a99Moatll)78Si9B13合金條帶和600°C真空退火后條帶的XRD圖譜。圖2為非晶條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液不同時間后進(jìn)行取樣得到的 照片。圖3a為(Fea99Moatll) 78Si9B13非晶合金條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液不 同時間后溶液的吸光度曲線；圖北為晶化后條帶處理相同溶液濃度直接藍(lán)2B染料水溶液 不同時間后溶液的吸光度曲線。圖乜為(Fea99Moatll) 78Si9B13非晶合金條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液吸 光度的動力學(xué)曲線；圖4b為晶化后條帶同樣條件下處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液吸 光度的動力學(xué)曲線。圖5為非晶條帶多次處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液1小時后得到溶液的吸 光度曲線(此多次處理過程中非晶條帶不需經(jīng)過任何處理)。
具體實(shí)施例方式下面以利用該方法得到的(Fea99Moatll)78Si9B13非晶合金條帶為實(shí)施例來說明該方 法的實(shí)施方式，并通過與晶化后的(Fea99Moatll)78Si9B13條帶的對比來說明該材料的脫色效 果，并通過相關(guān)圖示來說明重復(fù)利用非晶條帶脫色的可行性。1.根據(jù)上文提到的技術(shù)方案，對于合金的原子百分比成分(Fi5a99Moatll)78Si9B13而 言，是一種很常見的具備較強(qiáng)非晶條帶形成能力的成分，生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)化。而其中鐵元素的原子百分比約為78%，滿足技術(shù)方案中所要求的適宜的成分區(qū)間。2.采用Fe、M0、Si、i^8C^。(wt. % )進(jìn)行熔煉。按原子百分比換算成各元素所需質(zhì) 量進(jìn)行稱量配比，之后將配好的金屬料放入感應(yīng)爐中，抽真空至5X 10_3 *Pa以下，進(jìn)行感應(yīng) 熔煉，并可采用電磁攪拌及多次熔煉，達(dá)到合金成分均勻。3.利用甩帶設(shè)備，將合金錠在惰性氣氛(如氬氣，其壓力為0. 05MPa)中利用中 頻電源進(jìn)行感應(yīng)熔化。甩帶設(shè)備的輥輪轉(zhuǎn)速采用ISOOrpm，當(dāng)熔化完全成分均勻時，通過瞬 時壓差(本實(shí)施例中，瞬時壓差為0. 05MPa)將金屬液噴到輥輪上進(jìn)行甩帶得到非晶條帶。 本實(shí)施例中，條帶寬度3mm，條帶厚度30 μ m,條帶長度50 100cm。在得到非晶條帶以后，取部分非晶條帶在600°C進(jìn)行真空退火，使條帶晶化。然后 取非晶條帶和晶化后的條帶各2g，分別放入盛有150mL濃度為200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶 液的燒杯中。將燒杯置于恒溫水浴中，保持60°C，并用機(jī)械攪拌器以200rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪 拌，反應(yīng) 5min, IOmin, 15min, 20min, 25min, 30min, 45min, 60min 后分別取約 7ml 溶液進(jìn)行可 見光區(qū)的吸光度測試。根據(jù)光譜學(xué)的相關(guān)知識，可見光區(qū)最大吸收峰處吸光度與溶液濃度 成比例關(guān)系，基于此可以通過可見光區(qū)最大吸收峰處吸光度的變化趨勢得出溶液濃度的變 化。如圖1所示，將新制備的(Fea99Moatll)78Si9B13合金條帶與600°C真空退火后條帶的 XRD圖譜進(jìn)行比較，可以看出，新制備出的(Fea99Moatll)78Si9B13合金條帶的XRD圖譜具有典 型的非晶合金的彌散峰，可判定條帶是非晶態(tài)；而經(jīng)過600°C真空退火后，XRD圖譜上出現(xiàn)了很多的衍射峰，則表明非晶合金條帶已被晶化。如圖2所示，非晶條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液不同時間后進(jìn)行取 樣，a，b，c，d，e，f，g，h，i 對應(yīng)的處理時間分別為 Omin，5min, IOmin, 15min, 20min, 25min, 30min,45min,60mino從肉眼可以直觀看出，該非晶條帶對于直接藍(lán)2B染料水溶液具有明 顯快速的脫色效果。如圖3a-圖3b所示，(Fea99Moatll)78Si9B13非晶合金條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染 料水溶液不同時間后溶液的吸光度曲線與晶化后條帶處理相同溶液濃度直接藍(lán)2B染料水 溶液不同時間后溶液的吸光度曲線比較，可以看出，(I^ea99M0acil)78Si9B13非晶合金條帶對于 溶液的脫色速率要明顯快于晶化后條帶的脫色速率。如圖乜所示，(Fq99Moatll) 785丨諷3非晶合金條帶處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶 液吸光度的動力學(xué)曲線，進(jìn)行非線性擬合后可發(fā)現(xiàn)，脫色過程滿足Ct = Cultimate+ (C0-Cultimate) X exp (_kAt)其中，Cultimate為溶液最終濃度，C0為溶液初始濃度，kA為速率常數(shù)，t為反應(yīng)時間， Ct為反應(yīng)t時間后溶液的濃度，此處擬合后可得到速率常數(shù)為0. Πθπι η-1 ；圖4b所示，晶化后條帶同樣條件下處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液吸光度的 動力學(xué)曲線，非線性擬合后可得到其速率常數(shù)為0. ( δΟπι Γ1，可見其脫色速率明顯慢于非 晶條帶的脫色速率。如圖5所示，非晶條帶多次處理200mg/L直接藍(lán)2B染料水溶液1小時后得到溶液 的吸光度曲線(此多次處理過程中非晶條帶不需經(jīng)過任何處理)?？梢姡蔷l帶不需進(jìn)行 任何處理就能重復(fù)利用4次以上而脫色效率沒有明顯的衰減。
權(quán)利要求
1.一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶，其特征在于選取具備鐵基非晶條帶 形成能力的合金成分用于印染廢水處理，合金成分中鐵的原子百分比在50%以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶，其特征在于非晶 合金以條帶形式存在，鐵元素的原子百分比處于60% 85%之間。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶，其特征在于鐵基 非晶合金中的其他添加元素為Mo、Si、B或其他現(xiàn)有文獻(xiàn)及技術(shù)資料涉及的有助于鐵原子 非晶化的元素中的一種或幾種，其原子百分含量范圍分別為Mo :0 1%，Si :8 11%，B 12 14%或參考相應(yīng)文獻(xiàn)及技術(shù)資料確定。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶，其特征在于，鐵基 非晶合金條帶的規(guī)格范圍如下條帶寬度2 IOmm ；條帶厚度20 100 μ m ；條帶長度根據(jù)使用要求，通過改變感應(yīng)熔 煉的合金質(zhì)量來進(jìn)行調(diào)整。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶的制備方法，其特征 在于，包括如下步驟(1)根據(jù)所選定的合金成分，進(jìn)行稱量配比，在惰性氣體氣氛或真空中感應(yīng)熔煉制成選 定成分的合金；(2)利用甩帶設(shè)備，將合金錠在惰性氣氛或真空中利用中頻電源進(jìn)行感應(yīng)熔化，當(dāng)熔化 完全成分均勻時，通過瞬時壓差將金屬液噴到輥輪上進(jìn)行甩帶得到非晶條帶。
6.按照權(quán)利要求5所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶的制備方法，其特征 在于，所述步驟(1)中，熔煉過程中施加電磁攪拌。
7.按照權(quán)利要求5所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶的制備方法，其特 征在于，所述步驟O)中，針對不同合金成分的非晶形成能力，甩帶設(shè)備的輥輪轉(zhuǎn)速選擇在 1000 2000rpm。
8.按照權(quán)利要求5所述的用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶的制備方法，其特征 在于，所述步驟O)中，甩帶設(shè)備的瞬時壓差為0. 04 0. 06MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及Fe基非晶合金材料，具體為一種用于印染廢水處理的鐵基非晶合金條帶及其制備方法。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)及技術(shù)資料選取具備鐵基非晶條帶形成能力的合金成分，一般要求選取的合金成分中鐵的原子百分在50％以上，以60％～85％之間為宜，以發(fā)揮鐵原子的還原脫色能力。該非晶合金條帶是通過添加少量其他元素，利用甩帶設(shè)備進(jìn)行快速凝固而得到的。利用這種預(yù)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零價鐵的非晶化，不但保留了鐵原子的除色能力，而且有效地減少了在廢水處理過程中鐵的銹蝕消耗，在保證脫色速率的前提下使條帶的重復(fù)持久利用成為現(xiàn)實(shí)，克服了傳統(tǒng)的還原鐵粉或鑄鐵廢屑處理印染廢水的技術(shù)及應(yīng)用缺陷，是非晶化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域有潛力的應(yīng)用領(lǐng)域，具備非常好的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F1/70GK102070236SQ200910220048
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者丁炳哲, 付華萌, 呂曼琪, 張昌欽, 張海峰, 李宏, 王愛民, 胡壯麒 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所