一种强化压电效应提高有机污染物降解效率的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种强化压电效应提高有机污染物降解效率的方法及其应用。所述方法主要采用两步强化法：第一步是将纳米银负载在纳微BaTiO3表面，制得Ag/BaTiO3复合压电材料；该复合压电材料中Ag通过其良好的导电作用，加快压致电子的转移，减少压致空穴与电子的复合，促进压致电子和溶解氧的还原，增加活性氧自由基浓度，从而提高压电效应降解有机污染物的效率；第二步是在有机污染物降解体系中加入含铁物质，使上述压电体系产生和累积的H2O2转化为高活性的羟基自由基，从而进一步提高压电效应降解有机污染物的效率。该方法适用于多种有机污染物的降解处理，可高效利用环境中的振动能治理污染、净化环境，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种强化压电效应提高有机污染物降解效率的方法及其应用
本专利技术属于污水废水处理技术，更具体地，涉及一种强化压电效应提高有机污染物降解效率的方法及其应用。
技术介绍
当前我国水源有机物污染非常严重，有机物种类越来越多，不但给水处理增加了难度，同时有毒的小分子有机物难以降解，并在生物体内蓄积，并有强烈的三致作用（致癌、致畸、致突变）或慢性毒性。有机污染物降解技术的研究越来越引起人们的重视。压电效应是一种机械能与电能可相互转化的效应。自从居里兄弟于1880年发现压电效应，特别是近几十年以来，随着电子、导航和生物等高技术发展的需要，国内外学者对此进行了广泛深入的研究，发现和合成出了大量性能优良的压电材料，它们包括压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物和复合压电材料等，压电效应的应用也得到了飞速发展，已在日用品、信息、生物、军事及新能源等领域得到广泛应用。例如，压电陶瓷已制成发电的地板以及火机、导弹和鱼雷起爆的电源等。2010年Wisconsin大学的K.S.Hong等人发现纳米纤维状ZnO和纳微树枝状BaTiO3的压电效应可直接分解水制H2，随后他们进行了一列的相关研究，发现压电效应还能够驱动水中有机污染物的降解，开创了压电净水新领域。另外，能源短缺是当今世界最为关注的热点问题之一，寻找和开发新能源是解决能源缺乏问题有效途径。低能或低频振动机械能广泛存在于自然环境中，如水流、水叠落、空气流动和引擎振动等。这些振动能是一类绿色新能源，其应用较少受场地限制且无污染物排放，但它们能量密度较低，收集和转化比较困难。因此，高效利用这些振动能治理污染和净化环境是一种具有挑战性的绿色新技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有有机污染物处理降解能力低的缺陷和技术不足，提供一种强化压电效应进而提高有机污染物降解效率的方法，它涉及强化纳微压电材料将机械能转化为化学能现场产生羟基自由基，降解水中有机污染物的技术。具体地，本专利技术采用化学还原法原位制备纳米Ag，并将纳米Ag负载在纳微BaTiO3的表面上，制得Ag/BaTiO3复合压电材料；然后在上述压电体系中加入铁离子或铁氧化物，将有机染料置于Ag/BaTiO3和铁离子或铁氧化物的混合体系中，使现场产生和累积的H2O2转化为高活性的羟基自由基，从而增加压电效应降解有机污染物的效率。本专利技术的目的是提供一种提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法。本专利技术的另一目的是提供一种降解有机污染物的方法。本专利技术的再一目的是提供上述降解有机污染物的方法的应用。本专利技术上述目的是通过以下技术方案予以实现：一种提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法，是在压电材料BaTiO3上负载纳米银颗粒或在降解体系中加入含铁物质。具体地，是以制备纳微Ag/BaTiO3作为复合压电材料，以低频超声波为机械振动能，通过BaTiO3压电效应产生的空穴和电子及这些压致空穴和电子与水、O2作用产生的活性氧物质，特别是羟基自由降解水中有机污染物。在纳微Ag/BaTiO3为复合压电材料中，通过Ag能加速压电子的转移，减少空穴-电子复合，增强BaTiO3压电降解有机污染物的效率；或者，是以纳微BaTiO3为压电材料，以低频超声波为机械振动能，以含铁物质（Fe2+、Fe3O4、Fe2O3或FeOOH）作为催化剂，通过BaTiO3压电效应产生的空穴和电子及这些压致空穴和电子与水、O2作用产生的活性氧物质，特别是高活性羟基自由降解水中有机污染物。在此压电体系中，含铁物质催化压致H2O2转化为高活性羟基自由浓度从而提高BaTiO3压电降解有机污染物的效率。更近一步地，本专利技术上述提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法，是在压电材料BaTiO3上负载纳米银颗粒，同时在降解体系中加入含铁物质。优选地，所述含铁物质为铁离子或铁氧化物。更优选地，所述含铁物质为Fe2+（如FeSO4）、Fe2O3、Fe3O4或FeOOH。作为一种可实施的优选方案，上述负载纳米银颗粒的方法是：在BaTiO3悬浮体系中加入硝酸银，然后用甲醛作为还原剂制得负载0.5%银的压电材料Ag/BaTiO3。这些负载的纳米银颗粒能起到促进压致电荷分离、增强压电化学效应的作用；实验发现通过BaTiO3和Ag/BaTiO3的压电效应能除了活性氧自由基外，还均能产生过氧化氢（后者的产率高于前者）。另外，优选地，上述压电材料BaTiO3为纳微BaTiO3。更近一步地，所述纳微BaTiO3由以下方法制得：S1.在不断搅拌下，将钛酸四乙酯缓慢滴入到冰乙酸中，连续搅拌70～74h后，用3500～4500r/min离心，取沉淀，经去离子水洗涤后，置于60～70℃下干燥24～48h，得到氢氧化钛；S2.将0.2～0.3mol/L的氢氧化钠、0.04～0.08mol/L的八水合氢氧化钡和0.04～0.08mol/L的步骤S1得到的氢氧化钛，在不断搅拌下混合均匀，密封条件下，150～250℃水热反应50～75h；S3.将S2所得产物冷却至室温，3500～4500r/min（优选4000r/min）离心，取沉淀，经去离子水洗涤后，置于60～70℃烘干24～48h（优选60℃下烘干48h），得到纳微BaTiO3。优选地，步骤S1所述冰乙酸的浓度为1mol/L，钛酸四乙酯与冰乙酸的体积比为1:10；连续搅拌72h后，4000r/min离心，取沉淀，去离子水洗涤后，于60℃下烘干48h，得到氢氧化钛。优选地，步骤S1所述连续搅拌的时间为72h，所述离心速度为4000r/min，所述干燥温度为60℃，所述干燥时间为48h。优选地，步骤S2所述的氢氧化钠的体积为反应容器（如水热反应釜内衬）容量的60%。优选地，步骤S2所述氢氧化钠的浓度为0.25mol/L，所述氢氧化钛的浓度为0.06mol/L，所述八水合氢氧化钡的浓度为0.06mol/L。优选地，步骤S2所述的水热反应的温度为200℃，反应时间为68h。另外，优选地，上述提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法中，所述的有机污染物为酸性橙II。本专利技术还提供一种降解有机污染物的方法，包括以下步骤：S1.制备纳微BaTiO3，S2.将S1的纳微BaTiO3加入含有有机污染物的废液中混合均匀后，30～50KHz、200～500W超声振荡清洗，并加入铁离子或铁氧化物，降解有机污染物；或者所述降解有机污染物的方法包括以下步骤：S1.制备纳微BaTiO3，采用化学还原法原位制备纳米银，将纳米银负载在纳微BaTiO3表面，制得Ag/BaTiO3复合压电材料S2.将S1的Ag/BaTiO3复合压电材料加入含有有机污染物的废液中混合均匀后，30～50KHz、200～500W超声振荡清洗，降解有机污染物。更进一步地，上述降解有机污染物的方法是以纳微Ag/BaTiO3为复合压电材料，以低频超声波为机械振动能，通过BaTiO3压电效应产生的空穴和电子，以及这些压致空穴和电子与水、O2作用产生的活性氧物质，特别是羟基自由基，降解废水中的有机污染物；在纳微Ag/BaTiO3为复合压电材料中，通过Ag能加速压电子的转移，减少空穴-电子复合增强BaTiO3压电降解有机污染物的效率；或者上述降解有机污染物的方法是以纳微BaTiO3为压电材料，以低频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法，其特征在于，是在压电材料BaTiO3表面负载纳米银颗粒和/或在降解体系中加入含铁物质。

【技术特征摘要】
1.一种提高压电材料BaTiO3降解有机污染物效率的方法，其特征在于：是在压电材料BaTiO3表面负载纳米银颗粒和/或在降解体系中加入含铁物质；其中，所述压电材料BaTiO3为纳微BaTiO3，所述纳微BaTiO3由以下方法制得：S1.在不断搅拌下，将钛酸四乙酯缓慢滴入到冰乙酸中，连续搅拌70～74h后，用3500～4500r/min离心，取沉淀，经去离子水洗涤后，置于60～70℃下干燥24～48h，得到氢氧化钛；S2.将0.2～0.3mol/L的氢氧化钠、0.04～0.08mol/L的八水合氢氧化钡和0.04～0.08mol/L的步骤S1得到的氢氧化钛，在不断搅拌下混合均匀，密封条件下，150～250℃水热反应50～75h；S3.将S2所得产物冷却至室温，3500～4500r/min离心，取沉淀，经去离子水洗涤后，置于60～70℃烘干24～48h，得到纳微BaTiO3。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含铁物质为铁离子或铁氧化物。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊亚，田双红，吕维，付尧，魏晓丹，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44