本發(fā)明涉及多孔金屬催化材料，具體而言涉及一種基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、染料廢水是較難處理的工業(yè)廢水和環(huán)境毒素之一，其排放會(huì)給水體、土壤造成嚴(yán)重污染。其中大多數(shù)的染料是具有毒性強(qiáng)、顏色深、有機(jī)物含量高、難以降解等特點(diǎn)，當(dāng)其排入水體后會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染并危害人類(lèi)健康。而傳統(tǒng)的處理方式，如物理吸附、微生物降解、化學(xué)氧化劑，這方式來(lái)處理這些染料廢水操作復(fù)雜、耗時(shí)費(fèi)力，并不能將其完全降解，還會(huì)給水體帶來(lái)二次污染。

2、多孔金屬催化材料，因其表面具有大量孔洞結(jié)構(gòu)，可提供較大的比表面積，從而顯著增強(qiáng)催化劑與反應(yīng)物之間的接觸，提高催化劑的活性。多孔金屬催化材料因在催化反應(yīng)中展現(xiàn)出卓越的性能而被廣泛關(guān)注。

3、鐵基單級(jí)多孔材料為典型的多孔金屬催化材料，其具有三維雙連續(xù)納米孔金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)連續(xù)納米孔結(jié)構(gòu)可提高催化活性，但由于孔徑單一，無(wú)法在催化劑的活性和對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性上達(dá)到平衡，對(duì)于染料廢水這種復(fù)雜的廢水體系，催化效果不盡如人意。

4、鐵基兩級(jí)多孔結(jié)構(gòu)是在單級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的韌帶上建立次一級(jí)孔洞，通過(guò)兩級(jí)孔洞，進(jìn)一步增大比表面積，提高催化效率，且在一定程度上平衡了催化劑的活性和對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，但是一般這種兩級(jí)多孔的孔徑尺寸相差過(guò)大，由于受催化介質(zhì)表面張力的影響，次級(jí)多孔不能有效地降解染料溶液，最終使得整個(gè)催化過(guò)程中降解效率的提高受限。

5、并且現(xiàn)有技術(shù)中，這種多孔金屬催化材料多為條帶狀，表面應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)容易被染料溶液沖碎，導(dǎo)致其降解效率降低甚至無(wú)法進(jìn)一步降解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料及其制備方法，采用玫瑰紋大馬士革鋼作為基材，通過(guò)脫合金獲得雙區(qū)域三維塊狀多孔結(jié)構(gòu)，提高催化活性，更有效的降解染料分子。

2、根據(jù)本發(fā)明目的的第一方面，提供一種基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，該催化材料以玫瑰紋大馬士革鋼為基體，所述基體包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域均為閉合環(huán)狀，且第一區(qū)域和第二區(qū)域交替分布形成玫瑰紋；

3、其中，在所述第一區(qū)域和第二區(qū)域的表面均分布有不規(guī)則孔道，所述孔道的平均寬度小于韌帶的平均寬度，從而形成三維塊狀多孔結(jié)構(gòu)；

4、將第一區(qū)域中的孔道和韌帶分別定義為第一孔道和第一韌帶，將第二區(qū)域中的孔道和韌帶分別定義為第二孔道和第二韌帶；

5、所述第一孔道的平均寬度大于第二孔道的平均寬度，第一孔道的平均深度大于第二孔道的平均深度，所述第一韌帶的平均寬度小于第二韌帶的平均寬度。

6、作為可選的實(shí)施方式，所述第一孔道的平均寬度為430nm～1220nm，所述第二孔道的平均寬度為240nm～740nm。

7、作為可選的實(shí)施方式，所述第一韌帶的平均寬度為0.05μm～0.43μm，所述第二韌帶的平均寬度為0.75μm～1.93μm。

8、作為可選的實(shí)施方式，所述第一韌帶的表面彌散分布有納米線狀結(jié)構(gòu)。

9、作為可選的實(shí)施方式，所述第一區(qū)域的的成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：c:0.16％～0.25％，mn≤1.00％，si≤1.00％，cr:12.00％～14.00％，ni≤0.75％，p≤0.04％，s≤0.03％，其余含量為fe；

10、所述第二區(qū)域的的成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：c≤0.08％，si≤1.00％，mn≤2.00％，p≤0.045％，s≤0.030％，ni:8.00％～10.50％，cr:17.00％～19.00％，cu:1.00％～3.00％，其余含量為fe。

11、作為可選的實(shí)施方式，所述基體的厚度為1mm～20mm。

12、根據(jù)本發(fā)明目的的第二方面，提供一種前述基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料的制備方法，包括：

13、將預(yù)處理后的玫瑰紋大馬士革鋼置于酸溶液中進(jìn)行脫合金處理，脫合金結(jié)束后用去離子水洗滌至中性，并在室溫下干燥，得到表面多孔化催化材料；

14、其中，所述玫瑰紋大馬士革鋼上具有交替分布的第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域均為閉合環(huán)狀；

15、第一區(qū)域的的成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：c:0.16％～0.25％，mn≤1.00％，si≤1.00％，cr:12.00％～14.00％，ni≤0.75％，p≤0.04％，s≤0.03％，其余含量為fe；

16、所述第二區(qū)域的的成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：c≤0.08％，si≤1.00％，mn≤2.00％，p≤0.045％，s≤0.030％，ni:8.00％～10.50％，cr:17.00％～19.00％，cu:1.00％～3.00％，其余含量為fe。

17、作為可選的實(shí)施方式，采用ph＜7的的鹽酸進(jìn)行脫合金處理，脫合金時(shí)間為48h～168h。

18、根據(jù)本發(fā)明目的的第三方面，提供一種多級(jí)管道連續(xù)降解反應(yīng)裝置，包括多個(gè)相互連接的管道，每級(jí)管道均配置有用于控制旋葉轉(zhuǎn)動(dòng)的控制器，并且，在第一級(jí)管道上設(shè)有進(jìn)水口，在最后一級(jí)管道上設(shè)有出水口；

19、其中，每級(jí)管道內(nèi)均設(shè)有多組串聯(lián)的旋葉，旋葉的材料為前述基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料。

20、根據(jù)本發(fā)明目的的第四方面，提供一種采用前述多級(jí)管道連續(xù)降解反應(yīng)裝置處理染料廢水的降解方法。

21、由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提出的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，具有雙區(qū)域三維塊狀多孔結(jié)構(gòu)，兩個(gè)區(qū)域分別具有兩級(jí)孔道，且韌帶區(qū)域的寬度較大；

22、一方面，較寬的韌帶使污染物液體快速流動(dòng)，為反應(yīng)分子提供擴(kuò)散和傳輸通道，為降解反應(yīng)提供更多的附著點(diǎn)，加快反應(yīng)速度；

23、另一方面，兩級(jí)孔道中，較大的孔道增加了催化劑的傳質(zhì)效率，使得反應(yīng)物分子能夠更快地?cái)U(kuò)散到催化劑內(nèi)部，與活性位點(diǎn)接觸并發(fā)生反應(yīng)；反應(yīng)物分子通過(guò)大孔道更快的擴(kuò)散值與其相鄰的小孔道區(qū)域，小孔道區(qū)域的韌帶具有納米線狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加速了反應(yīng)物分子的擴(kuò)散，同時(shí)較小的孔道容納更多的活性組分，提高催化效率，同時(shí)小孔道更深，污染物液體在慢慢滲入的過(guò)程中延長(zhǎng)了與目標(biāo)污染物的接觸時(shí)間，并且交替分布的兩個(gè)區(qū)域，使得催化劑能夠更有效的捕獲幾乎所有污染物；

24、如此，本發(fā)明的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料能夠高效降解染料廢水，降解效率高達(dá)94％，可降解幾乎所有的污染分子。

25、本發(fā)明的表面多孔化催化材料具有一定厚度，且均在表面進(jìn)行多孔化處理，具有優(yōu)秀的機(jī)械性能，在整個(gè)處理過(guò)程中能夠保證材料自身的完整性，從而保證降解的順利進(jìn)行且具有高效的降解效率。

技術(shù)特征：

1.一種基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，該催化材料以玫瑰紋大馬士革鋼為基體，所述基體包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和第二區(qū)域均為閉合環(huán)狀，且第一區(qū)域和第二區(qū)域交替分布形成玫瑰紋；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，所述第一孔道的平均寬度為430nm～1220nm，所述第二孔道的平均寬度為240nm～740nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，所述第一韌帶的平均寬度為0.05μm～0.43μm，所述第二韌帶的平均寬度為0.75μm～1.93μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，所述第一韌帶的表面彌散分布有納米線狀結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，所述第一區(qū)域的的成分按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，包括：c:0.16％～0.25％，mn≤1.00％，si≤1.00％，cr:12.00％～14.00％，ni≤0.75％，p≤0.04％，s≤0.03％，其余含量為fe；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，其特征在于，所述基體的厚度為1mm～20mm。

7.一種權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料的制備方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，采用ph＜7的的鹽酸進(jìn)行脫合金處理，脫合金時(shí)間為48h～168h。

9.一種多級(jí)管道連續(xù)降解反應(yīng)裝置，其特征在于，包括多個(gè)相互連接的管道(10)，每級(jí)管道均配置有用于控制旋葉轉(zhuǎn)動(dòng)的控制器(12)，并且，在第一級(jí)管道上設(shè)有進(jìn)水口(13)，在最后一級(jí)管道上設(shè)有出水口(14)；

10.一種采用權(quán)利要求9所述的多級(jí)管道連續(xù)降解反應(yīng)裝置處理染料廢水的降解方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于玫瑰紋大馬士革鋼的表面多孔化催化材料，該催化材料以玫瑰紋大馬士革鋼為基體，基體包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，第一區(qū)域和第二區(qū)域均為閉合環(huán)狀，且交替分布形成玫瑰紋；其中，在第一區(qū)域和第二區(qū)域的表面均分布有不規(guī)則孔道，孔道的平均寬度小于韌帶的平均寬度，從而形成三維塊狀多孔結(jié)構(gòu)；將第一區(qū)域中的孔道和韌帶分別定義為第一孔道和第一韌帶，將第二區(qū)域中的孔道和韌帶分別定義為第二孔道和第二韌帶；第一孔道的平均寬度大于第二孔道的平均寬度，第一孔道的平均深度大于第二孔道的平均深度，第一韌帶的平均寬度小于第二韌帶的平均寬度。本發(fā)明的材料的雙區(qū)域三維塊狀多孔結(jié)構(gòu)高了催化活性，能更有效的降解染料分子。

技術(shù)研發(fā)人員：淡振華,王克濤,吳章彬,許朱旭,常輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6