[發明專利]一種降低電催化降解偶氮染料能耗的陽極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210336159.5
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114956266A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 曾德長;黃磊;鄭志剛;邱兆國;韋靖
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C22C45/02;B22D11/06;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林奕聰

本發明公開了一種降低電催化降解偶氮染料能耗的陽極材料及其制備方法與應用。陽極材料為Fe?Si?B非晶合金帶材：Fe70～85at％，Si10～20at％，B5～20at％，陰極材料為純銅片99wt％；本發明中的裝置，可調節電流、陽極面積、電極距離、電解質濃度及偶氮染料初始濃度，并探索出了一組有效地降低單位能耗的工藝參數，單位能耗降低至0.114kWh/mol，降解效率也達到90％，同時具有優異的重復利用性；本發明所需原材料種類少，材料常見而便宜，產品穩定，裝置易操作，對偶氮染料的降解速率快，能耗低，可大規模應用。

技術領域

本發明涉及鐵硅硼非晶合金材料技術領域，具體涉及一種陽極材料電催化降解偶氮染料的應用及降低單位能耗的工藝手段。

背景技術

自上世紀末開始，中國的染料生產量己經排在了世界的最前端。據中國染料工業協會報道，染料行業繼續保持著穩步增長的態勢。然而，隨著染料工業的快速發展，染料廢水的排放也飛速上升，因為染料在氧化、還原、硝化、磺化、重氮化等生產過程中均會產生大量的廢水。染料簡單地分為有機和合成兩大類。其中偶氮染料是最常用的合成染料，其用量占所有染料用量 50％以上。目前，降解污水中偶氮染料主要有3種方法：

(1)利用微生物降解；(2)利用活性炭等多孔材料吸附；(3)利用原子態(零價態)金屬降解。微生物降解法是在微生物作用下將偶氮染料廢水進行氧化分解，使其轉變為對環境無害的無機物。微生物降解法相對比較成熟，經濟上也有優勢，但為了使微生物的降解能夠達到好的效果，廢水要生物需氧量(BOD) 適宜才能處理，還要有適當的溫度和溶液pH值，應用限制很大。活性炭吸附法只能將污染物從水中移除而不能降解污染物。

使用還原性的零價金屬去除水體中的污染物是近些年發展起來的一種新的污染物處理技術，其中還原鐵粉是最常用的還原金屬，由于還原鐵粉價格低廉易得而且對人體是無害的，工藝簡單，極大推動了零價金屬還原技術在處理水中污染物的應用；然而零價金屬在降解過程中的氧化與腐蝕損耗嚴重制約了其在降解領域的應用。鐵基非晶合金是非晶合金的一個重要體系，以高強度、高耐磨性以及優良的磁學性能而著稱。近期，研究發現鐵基非晶合金能有效處理酸性橙溶液，相對于零價晶態鐵粉，其降解性能更高，并且重復性好，便于有效降解各種有機廢水。

在此基礎上，利用電流來加快鐵基非晶合金降解偶氮染料的速率，是一種可行的方法；同時，適當調整電流大小等電催化工藝參數，降低單位能耗，是將這種方法推廣至實際工業應用的重中之重。

發明內容

為了克服現有技術的不足和缺點，本發明的目的在于提供一種鐵硅硼非晶合金材料及其在電催化降解偶氮染料的裝置及應用，并有效降低單位能耗，該非晶合金材料可充當電催化的陽極材料。本發明中的裝置，可調節電流、陽極面積、電極距離、電解質濃度及偶氮染料初始濃度，并探索出了一組有效地降低單位能耗的工藝參數，單位能耗降低至0.114kWh/mol，降解效率也達到90％，同時具有優異的重復利用性；本發明所需原材料種類少，材料常見而便宜，產品穩定，裝置易操作，對偶氮染料的降解速率快，能耗低，可大規模應用。

本發明的目的通過以下技術方案來實現。

一種降低電催化降解偶氮染料能耗的陽極材料，陽極材料為Fe-Si-B非晶帶材：Fe(70～85at％)，Si(10～20at％)，B(5～20at％)。

所述Fe-Si-B非晶合金帶材優選為Fe₇₉Si₉B₁₂。

所述Fe-Si-B非晶合金帶材的尺寸為：寬10mm，厚24μm，長70mm。

一種降低電催化降解偶氮染料能耗的陽極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將稱量Fe-Si-B合金的成分鐵、硅、硼原材料，然后在惰性氣氛中于非自耗電弧熔煉爐中熔煉制成合金鑄錠；

(2)將鑄錠通過真空快淬甩帶成非晶帶材。