Fe基非晶合金粉对染料褪色的研究文献综述

文 献 综 述

1 引言

近年来，非晶态合金（亦称金属玻璃或玻璃金属）作为一种新材料，在国内外已受到越来越广泛地重视，由于其优异的化学、物理、力学性能，在工业生产上有着广阔前景。铁基非晶合金（iron-based amorphous alloys ，AAs)被发现可以作为零价铁对含偶氮染料的废水进行处理降解^[1]。偶氮染料(azo dyes，偶氮基两端连接芳基的一类有机化合物)于1895年被J,P-格里斯发现。偶氮染料是纺织品在印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，也用于塑料、橡胶、油漆等的着色。在特殊条件下，它能分解产生20多种致癌芳香胺，经过活化作用改变人体的DNA结构引起病变和诱发癌症，具有三致作用、生物毒性很大，由于其生产和成本很低，且没有合适的替代品，导致这类染料的使用屡禁不止。酸性橙是一个化学物质，橙色针状结晶或粉末，水溶液为红黄色，溶于乙醇显橙色。印染废水具有有机物浓度高、色度高、盐分高、水量水质波动大等特点，属典型难降解工业废水之一。因此，铁基非合金优秀的降解能力具有实用价值，对于净化印染污水也有重要的科学意义。

2 非晶态合金简介

2．1 非晶态金属合金

非晶态金属合金是不具有长程原子有序的金属和合金。它们也被称为玻璃态合金或非结晶合金。它们可由多种工艺制备，所有这些工艺都涉及将合金组成从气态或液态快速凝固。凝固过程很快，所以可将原子的无序液态冻结，多数非晶态合金存在短程的邻或局域的原子有序。非晶固体相是固体亚稳态的极限状态，它由液态或气态凝固、电解沉积、高能离子、化学沉积或中子轰击晶态材料形成^[2，3]。由于非晶态合金需要高的临界冷却速度Tc,现在铁基非晶工作生产用的一般为25微米，更厚一点30微米以上。

2.2 非晶态金属合金性能

非晶态合金的结构导致了非晶态合金独特的机械性能、耐腐蚀性能、电性能和磁性能。（1）非晶态合金具有极高的断裂强度和屈服强度，如非晶态Fe基合金（Fe₈₀P₁₅C₅，Fe₇₂Ni₈ P₁₅C₇）屈服强度在2000~3000MPa，断裂强度约3000MPa，最高达4000MPa，可以用于制作飞机起落架。对于金属材料，通常是高强度、高硬度而较脆，而非晶合金不仅强度高，硬度高，而且韧性也较好。非晶态金属的动态性能也很好，它有高的疲劳寿命和良好的断裂韧性。和非金属玻璃的脆性断裂不同，它的断裂是通过高度局域化的切变变形实现的，即使将它们对折，也不会产生裂纹。

（2）由于没有晶粒和晶界，非晶态合金比晶态金属更加耐腐蚀，在特殊条件下诱发的点蚀与缝隙腐蚀也能抑制其发展。利用非晶态合金耐腐蚀的优点，可以制造耐蚀管道、电池电极、海底电缆屏蔽、磁分离介质及化学工业的催化剂，目前都已达到了实用阶段，非晶态合金的耐蚀性还可用于长期在泥沙、水流中工作的水轮机上，将大大提高其使用寿命，减少维修费用。

（3）非晶态合金具具有磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低的特点。非晶态合金的磁性能实际上是迄今为止非晶态合金最主要的应用领域。目前，作为软磁材料的非晶合金带材已经实现产业化，并获得了广泛应用。在传统电力工业中，非晶软磁合金正逐渐取代硅钢片，使配电变压器的空载损耗降低60%~80% ，大大节约了能源消耗。

2.3 非晶态金属合金粉末的制备

2.3.1 旋转液中喷射法

一个高速旋转的冷却体，其内表面在离心力作用下附着一层冷却液，熔融合金喷射到液体中而获得非晶态粉末^[3]。

2.3.2双辊法

熔融合金通过双辊接触表面快速固化而形成非晶态，当辊速足够大时，在带与辊分离区形成较大负压，使已固化的非晶态合金带粉碎成为非晶态粉末。另一种方式是在带辊分离处设置一个高速转轮，使固化非晶态带破碎成粉末，实际上双辊法获得的是片状粉末^[3]。

2.3.3雾化法

（1）气体雾化

用来制备快速凝固粉末最早的一种方法，它是用气体射流将熔融合金流雾化，其冷却速度主要取决于熔滴大小和所使用的雾化气体的种类

（2）气-水雾化

为了更进一步增大粉末的冷却速度，将气雾化所形成的合金熔滴用高速水射流进行急冷^[4],虽然气-水雾化的粉末一般比气雾化的冷却速度高，但其最大粉末粒度仍然受给定合金成分形成非晶的临界冷却速度的限制^[4]。

（3）离心雾化

这种方法是将熔融合金流流向一旋转盘的表面喷射，撞击旋转盘所形成的熔滴在氩气或氦气气氛中进行强制对流冷却^[5]。当流量为500g/s和转盘线速度为100m/s时，所得到的的粉末的粒度在200微米以下。这种雾化法制备的晶态粉末的枝晶间距指明其冷却速度约为5*10⁵K/S^[5]。

3 染料脱色方法简介

印染废水的特征之一是带有较深的颜色，主要由残留在废水中的染料所致，而水中有些悬浮物、浆料和助剂也可以在氧化脱色过程中去除。一般情况下，生物法脱色率较低，仅为30％-40％，混凝法因染料品种和混凝剂的不同有相应改变，大致在40％-70％。常用氧化脱色法，包括氯氧化脱色法、臭氧氧化脱色法、光氧化脱色法、光催化氧化脱色法^[6]。

（1）氯氧化脱色法

氯氧化脱色法主要利用的是染料废水中的显色有机物大多是比较容易氧化的特点，用氯及其化合物作为氧化剂氧化显色有机物，并破坏其结构，达到褪色目的。常用液氯、漂白粉、次氯酸钠作为氯氧化剂，其中漂白粉成本低，但后续产泥量大，而次氯酸钠成本高，产泥量小。氯氧化剂对于易氧化的染料如偶氮染料和硫化染料都有很好的脱色效果，而对于还原染料、分散染料等不易氧化的染料则效果很差。

（2）臭氧氧化脱色法

臭氧是一种良好的强氧化剂，目前在对于水溶性染料废水的处理中运用广泛。臭氧氧化也可以与其他处理技术结合应用，如FeSO₄、Fe₂(SO4)₃及FeC_l3，凝聚后再用臭氧处理可提高脱色效果，臭氧结合电解处理可使酸性染料的脱色率提高25%-40%。

（3）光氧化脱色法

光氧化脱色法是利用光和氧化剂一起作用时产生的强烈的氧化作用，氧化降解废水中的显色有机物。光氧化脱色法中常用的是氯气，以紫外线作为有效光源，紫外线对氧化剂的分解和污染物的氧化起分解作用。

（4）光催化氧化脱色法

光催化降解技术在常温常压下进行，可利用太阳光作为光源，N型半导体作为催化剂，实验证明，若投入过氧化氢和KBrO₃等强氧化剂，可以提高光氧化速度，也有学者将草酸铁/过氧化氢作为光催化氧化剂，使之与水溶液中的阴离子染料发生氧化脱色反应^[7]。

4 偶氮染料，酸性橙II染料及苯酚废水的处理

（1）偶氮染料的处理方法一般用“厌氧 好氧”的方式^[8],近年来，研究表明采用“缺氧（微氧） 好氧”组合工艺，有利于具有生物毒性的中间产物或芳香胺化合物可在缺氧（微氧）条件下部分被矿化和分解，减缓了有毒化合物在溶液内的积累，有利于微生物活性的恢复，促进了偶氮染料的深度降解^[9,10]。非晶合金对偶氮染料也有着显著影响^[13]。

（2）有研究表明，采用Ti/IrO₂-Pt电极为阳极,对酸性橙II染料废水进行电化学降解[11]，选用掺硼金刚石(BDD)电极作为阳极、不锈钢电极阴极,对酸性橙II染料废水进行电化学降解^[12]。

（3）对于苯酚废水的处理，最近的研究有TiO2光催化剂对苯酚废水降解^[14],而传统工业上治理废水根据其组成、酸碱度以及浓度的不同有相应的变化，一般为物化法、化学法、生化法三类。在本文中应用的是化学法中的还原法。通过ZVI处理，染料废水可以脱色，产物（芳香胺）被微生物降解^[15]。

参考文献

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