一种铜基非晶合金催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于有机废水处理技术领域，具体涉及一种铜基非晶合金催化剂及其制备方法和应用。所述铜基非晶合金催化剂中铜元素的原子百分比在45‑60％，合金以条带形式存在。该铜基非晶合金可以作为类芬顿反应催化剂，通过激发双氧水产生羟基自由基来氧化降解水体中的有机污染物。相比于传统的类芬顿法降解废水，铜基非晶合金作为类芬顿催化剂处理有机废水具有诸多优点，如降解效率高，可降解的水体有机污染物种类多，适用范围广。此外，该催化方法操作工艺简单，成本低，易于实现催化剂的回收和再利用，铜基非晶合金催化剂是一种潜在的非均相芬顿型工业废水处理催化剂。

【技术实现步骤摘要】
一种铜基非晶合金催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于有机废水处理
，涉及一种铜基非晶合金催化剂及其应用，具体涉及一种用于高效降解水体有机污染物的铜基非晶合金条带及其应用。
技术介绍
随着现代工业和经济的快速发展，水污染问题日益严峻，如何有效地处理有机废水已成为世界性难题。因此，探索开发高效降解有机污染物的催化剂成为污水处理领域的研究热点。近年来，有大量的降解方法和催化剂被报道，如催化剂的絮凝、活性材料的吸附和纳米结构材料的催化或光催化降解。当前用于降解有机废水污染物的方法通常包括零价金属的还原反应或Fenton氧化过程，由于其低成本，高效的催化活性和无毒性，已引起了越来越多的研究者的关注。在降解过程中零价金属的高腐蚀速率导致降解效率的快速下降。同时，零价金属的团聚和难于回收也是其工业应用的障碍。因此，开发具有优异降解效率的新型材料已成为废水处理领域的重点领域。非晶合金是一类新型的亚稳态材料，由于其非晶态结构不具有长程有序结构，但在表面具有丰富的低配位结构，因此具有良好的催化应用前景。以铁、镁、锌、铜基等为代表的催化剂对偶氮染料的降解或废水中有机物去除具有优异的催化性能。与传统零价金属还原法相比，非晶合金的降解效率明显提高。然而，在非晶合金的单独作用下，结构较为复杂的有机污染物分子难以被降解。因此，开发一种高效、适用性广的工业废水处理技术是当前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效降解有机废水的铜基非晶合金催化剂及其应用。该铜基非晶合金制备工艺简单，且具有良好的催化活性，能够高效降解工业废水。此外，该铜基非晶合金具有较好的耐腐蚀性能，为其回收再利用提供了有效的保障。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种铜基非晶合金催化剂，所述铜基非晶合金催化剂为，将铜元素与有助于铜基合金非晶化的元素熔炼制成母合金锭，再将母合金锭通过单辊旋淬法制成铜基非晶合金条带；其中，所述有助于铜基合金非晶化的元素是Zr、Al、Ti、Y或Gd等中的两种或两种以上的组合。优选地，上述的一种铜基非晶合金催化剂，所述铜基非晶合金催化剂中，按原子百分比，铜元素的原子百分比为45-60％。优选地，上述的一种铜基非晶合金催化剂，铜基非晶合金条带的厚度为15μm～100μm。上述的一种铜基非晶合金催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)备料：按照原子百分比，Cu：Zr：Al：X＝45-60：40-55：1-15：0-2；其中X为Ti、Y或Gd)，选用纯度大于99.5wt.％的单质，备用；(2)母合金锭的制备：将备料放入水冷铜坩埚内，置于真空非自耗电弧炉内，电弧炉采用钨电极，熔炼室的压力抽至3×10-3Pa以下，然后充入0.05MPa的氩气作为保护气体，进行电弧熔炼，制成母合金锭；(3)单辊旋淬法制备铜基非晶合金条带：将熔炼好的母合金锭进行破碎，然后将碎块放入底部磨有小孔的石英管内，装入甩带设备腔体中，甩带腔体内的压力控制在2×10-3Pa以下，先对母合金锭碎块进行感应熔炼，当达到一定温度后，用氩气将石英管内的合金熔体喷至高速旋转的铜辊表面，形成连续的合金条带。优选地，上述的一种铜基非晶合金催化剂的制备方法，步骤3)中，所述的一定温度为1100℃～1400℃。上述的一种铜基非晶合金催化剂作为催化剂在降解有机废水中的应用。优选地，上述的应用，方法如下：于有机废水中，加入权利要求1所述的铜基非晶合金催化剂和双氧水，在200rpm～600rpm的转速下进行搅拌10min～2h。优选地，上述的应用，废水中有机污染物的浓度为50mg/L～10g/L。优选地，上述的应用，铜基非晶合金催化剂的添加量为2-100g/L；加入的双氧水的浓度为0.05-1mol/L。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术，将铜基非晶合金催化剂应用于类芬顿法降解废水，相对于晶态零价铜，铜基非晶合金催化剂更易激发双氧水生成更多的羟基自由基，加快反应速率，因此，降解废水效率更高。2.本专利技术，通过加入双氧水提高降解能力的同时，并没有产生二次污染，能够实现对难降解的有机污染物的处理，拓宽了铜基非晶合金降解废水的适用范围。3.本专利技术，铜基非晶合金催化剂的成分均匀，耐腐蚀，为其回收再重复利用提供了保障。4.本专利技术中合金条带的厚度和冷却速度可以通过调整喷嘴与铜辊的距离(小于0.5mm)、铜辊的转速(10m/s～30m/s)等参数来确定，获得的条带的厚度为15μm～100μm。5.本专利技术，铜基非晶合金催化剂制备工艺简单，技术成熟，成本低，易于实现产业化。铜基非晶合金作为一种环境友好型材料应用于有机废水的降解，具备非常好的应用前景。附图说明图1为通过单辊甩带法制备的铜基非晶合金催化剂Cu46Zr44.5Al7.5Gd2的XRD图谱。图2为实施例1应用类芬顿法降解酸性橙II染料废水时，溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线。图3为实施例1应用类芬顿法降解甲苯废水时，降解效率随反应时间的变化曲线。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。实施例1Cu46Zr44.5Al7.5Gd2非晶合金催化剂的制备按照Cu46Zr44.5Al7.5Gd2非晶合金中各元素的原子百分含量，选用纯度大于99.5wt.％的单质Cu、Zr、Al和Gd配料，在真空(＜3×10-3Pa)非自耗电弧炉内进行熔炼，电弧炉采用钨电极，0.05MPa的氩气作为保护气体，在电磁搅拌作用下进行熔炼，制成母合金锭；将熔炼好的母合金锭破碎后放入底部有孔的石英管内，装入甩带设备腔体中，石英管喷嘴与铜辊距离40mm，甩带腔体内的压力小于2×10-3Pa，对合金碎块进行感应熔炼，当温度达到1200℃左右时，用氩气将石英管内的合金熔体喷至高速旋转的铜辊(2500rpm)表面，形成连续的合金条带，其XRD曲线如图1所示，可见其为非晶结构。实施例2Cu46Zr44.5Al7.5Gd2非晶合金类芬顿法降解酸性橙II染料方法如下：于100mL初始浓度为0.2g/L的酸性橙II染料废水(pH＝6)中，加入1g铜基非晶合金催化剂，加入初始浓度为0.1M的双氧水。于室温进行反应，用机械搅拌器以400rpm的转速对染料废水进行搅拌，保证铜基非晶合金条带与溶液充分接触。反应开始后每间隔5分钟取出约3mL溶液进行紫外-可见光吸收光谱检测。根据光谱学知识，酸性橙II溶液的最大吸收峰为484nm，代表其偶氮结构(-N＝N-)，对应的吸光度与溶液溶度成正比，因此可以通过最大吸收峰处的吸光度变化得出溶液浓度变化。图2为类芬顿法催化降解酸性橙II染料废水时，酸性橙II溶液的紫外-可见光吸收光谱随反应时间的变化曲线。随着反应时间的增加，酸性橙II溶液的最大吸收峰逐渐向长波移动，发生红移，同时吸光度逐渐降低，意味着偶氮键不断断裂，酸性橙II不断被降解。反应70min时，酸性橙II溶液的降解效率达到95本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜基非晶合金催化剂，其特征在于：所述铜基非晶合金催化剂为，将铜元素与有助于铜基合金非晶化的元素熔炼制成母合金锭，再将母合金锭通过单辊旋淬法制成铜基非晶合金条带；其中，所述有助于铜基合金非晶化的元素是Zr、Al、Ti、Y或Gd等中的两种或两种以上的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜基非晶合金催化剂，其特征在于：所述铜基非晶合金催化剂为，将铜元素与有助于铜基合金非晶化的元素熔炼制成母合金锭，再将母合金锭通过单辊旋淬法制成铜基非晶合金条带；其中，所述有助于铜基合金非晶化的元素是Zr、Al、Ti、Y或Gd等中的两种或两种以上的组合。


2.根据权利要求1所述的一种铜基非晶合金催化剂，其特征在于，所述铜基非晶合金催化剂中，按原子百分比，铜元素的原子百分比为45-60％。


3.根据权利要求1所述的一种铜基非晶合金催化剂，其特征在于，铜基非晶合金条带的厚度为15μm～100μm。


4.权利要求1所述的一种铜基非晶合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)备料：按照原子百分比，Cu：Zr：Al：X＝45-60：40-55：1-15：0-2；其中X为Ti、Y或Gd)，选用纯度大于99.5wt.％的单质，备用；
(2)母合金锭的制备：将备料放入水冷铜坩埚内，置于真空非自耗电弧炉内，电弧炉采用钨电极，熔炼室的压力抽至3×10-3Pa以下，然后充入0.05MPa的氩气作为保护气体，进行电弧熔炼，制成母合...

【专利技术属性】
技术研发人员：房大维，秦鑫冬，徐继亮，刘娜，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21