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《銅業(yè)工程》陳雙琴等工作：微量摻雜銅元素提高鐵基非晶合金降解偶氮染料穩(wěn)定性

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-08-16  瀏覽次數(shù)：2825
非晶合金是一類新型亞穩(wěn)態(tài)合金，其特有的無序結(jié)構(gòu)，在析氫反應(yīng)、析氧反應(yīng)和降解印染廢水等新能源及環(huán)境治理領(lǐng)域表現(xiàn)出非常優(yōu)異的催化性能。

南京理工大學(xué)陳雙琴等人選用偶氮染料為目標(biāo)污染物來研究退火對非晶合金降解性能的影響，通過選用銅元素對鐵基非晶進(jìn)行微量摻雜，獲得具有納米銅團簇的Fe-Si-B-Cu非晶合金。對其進(jìn)行等溫退火，并用于降解偶氮染料Orange II，發(fā)現(xiàn)該合金在鑄態(tài)和退火態(tài)均具有優(yōu)異的降解性能，且受退火溫度影響小，催化性能穩(wěn)定性強。相關(guān)研究成果于2023年6月在《銅業(yè)工程》網(wǎng)絡(luò)首發(fā)。

研究人員以降解偶氮染料為污染物模型，研究了摻雜微量銅元素對鐵基非晶合金（Fe-Si-B-Cu非晶合金）降解性能受退火溫度（Ta）的影響規(guī)律。通過感應(yīng)熔煉Fe-B中間合金和高純度（99.5%~99.9%）元素Fe，Si和Cu，得到標(biāo)稱成分為Fe81Si4B14Cu1（%，原子分?jǐn)?shù)）的合金錠。然后，將所得合金錠通過單輥旋淬法制備Fe-Si-B-Cu非晶合金。Fe-Si-B-Cu非晶合金（圖1）微觀結(jié)構(gòu)為納米銅團簇分布在非晶基底的不均勻結(jié)構(gòu)；在300~800 ℃的溫度范圍內(nèi)對其進(jìn)行等溫退火處理（圖2），F(xiàn)e-Si-B-Cu非晶合金在高于380 ℃退火處理后開始發(fā)生晶化現(xiàn)象，得到納米晶合金樣品。將鑄態(tài)和退火非晶態(tài)及退火納米晶化態(tài)樣品用于降解偶氮染料，通過測量源自偶氮發(fā)色團的最大484nm處的吸收強度來定量染料的濃度，使用偽一階動力學(xué)模型擬合降解曲線，研究鑄態(tài)和退火溫度對合金降解性能影響。結(jié)果表明：隨著退火溫度的升高，F(xiàn)e-Si-B-Cu對偶氮染料降解性能不但沒有明顯下降，反而略微有所提高（圖3、4）。其中，450℃退火處理的樣品表現(xiàn)出了最優(yōu)異的降解性能，降解速率高達(dá)0.164 min-1；40min時（圖5）的降解效率達(dá)到100%。由此可見，引入納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)，為穩(wěn)定非晶合金催化性能受退火引起的結(jié)構(gòu)變化影響提供了一種有效途徑。

該項工作得到了國家自然科學(xué)青年基金項目（52101195）江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（S2022102880）的支持。




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