活化聚四氟乙烯的方法及应用技术

本申请公开一种活化聚四氟乙烯的方法及应用，活化聚四氟乙烯的方法包括：将聚四氟乙烯材料置于超声波的作用下进行活化，PTFE经过超声波活化后会产生宏观极化，形成驻极体，其具有压电活性。经过活化的聚四氟乙烯作为压电材料，在外力作用下可用于产电。聚四氟乙烯在超声活化过程中能产生氧化能力较强的还原和氧化自由基，可用于产氢或污染物净化等。

Method and application of activating polytetrafluoroethylene

【技术实现步骤摘要】
活化聚四氟乙烯的方法及应用
本申请涉及聚四氟乙烯(以下记作“PTFE”)材料
，具体涉及一种活化PTFE的方法及其在污水治理、产电、产氢中的应用。
技术介绍
自1880年居里兄弟发现电气石具有压电效应以来，无机压电材料如钛酸钡、钛酸铅、钛酸锶、镓酸锂、锗酸锂，有机压电材料如聚偏氟乙烯(PVDF)以及复合压电材料被广泛应用于换能器、压电驱动器、压力传感器、超声波传感器等。近十年，纳米或者微米压电催化剂逐渐被应用于环境污染物治理中，其净化污染物的基本原理是：压电催化剂受到外力作用后发生形变，内部偶极子的正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，形成内电场。催化剂内部的自由载流子如电子(e-)、空穴(h+)在内电场的作用得到分离，自由载流子迁移到材料表面后与水体中的OH-、O2、H+等反应产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O2-)和单线态氧(1O2)以及还原能力极强的活性氢自由基(·H)，这些自由基可以对水中的污染物达到良好的氧化以及还原去除效果。公开号为CN110092440A的中国专利技术专利申请文献公开了一种利用压电催化高效降解染料废水的方法，该申请文献在铌酸钾钠压电陶瓷的基础上沉积银单质，从而提高正负电荷的分离效率，对染料废水有良好的降解效果。公开号为CN110092440A的中国专利技术专利申请文献公开了一种WSe2纳米片压电催化剂高效降解有机污染物的方法，该申请文献设计了一种薄层WSe2纳米片，充分利用易变性和压电系数高的优势，在超声波的作用下对四环素和罗丹明B有较好的去除效果。
技术实现思路
本申请提供一种活化PTFE的方法，利用超声波来活化PTFE，PTFE经过超声波活化后会产生宏观极化，形成驻极体，其具有压电活性。经过活化后的PTFE在外力作用下用于产电；此外，PTFE在活化的同时可用于产电、产氢或污染物净化等。活化聚四氟乙烯的方法，包括：对聚四氟乙烯材料进行超声处理。超声处理的环境可以是水环境中也可以是空气中。目前在环境污染治理中常用的压电催化剂为无机压电材料，对于压电系数较小的有机压电材料未见应用。PTFE是一种有机全氟聚合物，具有耐高温、耐腐蚀、摩擦系数小等优点，在300℃以下不溶于任何强酸、强碱以及其他有机溶剂。由于其优越的化学和物理性能，目前被广泛应用于电子、医药、化工、航天等领域，本申请的PTFE活化方法，更具体的说是利用超声波来活化PTFE，PTFE经过超声波活化后会产生宏观极化，形成驻极体，其具有压电催化活性。相比现有报道的无机压电催化剂，PTFE的结构更稳定；相比同等条件下的压电催化反应，PTFE的压电催化降解污染物的性能也更优。以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。可选的，超声处理的设备包括但不限于超声清洗机，超声波治疗仪以及细胞破碎仪。活化PTFE时的超声设备运行参数包括超声频率、超声功率密度和超声时间。可选的，所述超声处理的条件：超声频率为20kHz～12MHz；超声的功率密度为0.1～400W/cm2。在一定范围内，超声波的强度越大，作用于PTFE材料上的作用力也越大，PTFE能够发生更大的形变量，产生的压电催化的性能也越好。对于超声频率，进一步优选为40kHz～1MHz。对于超声的功率密度，超声波的功率密度＝超声波的发射功率(W)/发射面积(cm2)，进一步优选为0.1～200W/cm2；更进一步优选为0.1～50W/cm2；更进一步优选为0.1～10W/cm2；最优选为为0.1～5W/cm2。对于超声频率和超声功率密度的进一步组合优选为，超声频率为40kHz～1MHz；超声功率密度为0.1～5W/cm2。例如，可采用超声清洗机或超声波治疗仪。超声时间为不受限制。PTFE一旦受到超声波的作用后就能够被活化，具有优越的压电催化反应活性。同时只要超声波一直作用于PTFE上，PTFE就能一直产生自由载流子，压电催化反应就能持续发生。可选的，所述聚四氟乙烯材料为聚四氟乙烯颗粒、聚四氟乙烯膜和聚四氟乙烯块状材料中的至少一种。只要是PTFE材料都能够在超声波的作用下被活化，同等质量的PTFE的颗粒，其尺寸越小，反应活性位点越多，催化性能也越好。可选的，所述聚四氟乙烯颗粒包括聚四氟乙烯纳米颗粒和聚四氟乙烯微米颗粒，粒径为0.1nm～500μm；所述聚四氟乙烯膜的厚度为10nm～500μm；所述聚四氟乙烯块状材料的尺寸为0.01cm3～1cm3。本申请还提供一种如所述的方法制备得到经过活化后的聚四氟乙烯。本申请的聚四氟乙烯活化方法以及活化得到的产品可用于环境污染物的净化和清洁能源的产生。环境污染物的净化包括生活废水的净化、工业废水中的印染废水、农药废水、医药废水、制革废水、冶金废水的氧化和还原去除；所述的清洁能源的产生包括产电和产氢气。因此，本申请还提供一种如所述的方法或如所述的经过活化的四氟乙烯在产电中的应用。本申请还提供一种如所述的方法在产氢气中的应用。以及本申请还提供一种如所述的方法在废水净化中的应用。作为该废水净化应用的一种实施方式，活化聚四氟乙烯同时净化废水，包括：将聚四氟乙烯材料置于待处理废水中进行超声处理。所述的待处理废水为生活废水或工业废水，工业废水包括印染废水、农药废水、医药废水、制革废水、冶金废水。超声处理条件同聚四氟乙烯活化的超声处理条件。PTFE在超声波作用下催化降解污染物：PTFE在超声波的作用下被活化，且在超声波持续的作用会产生h+、·OH、·O2-和1O2等氧化能力强的反应活性物种，这些活性物种对生活废水、工业废水中的印染废水、农药废水、医药废水、制革废水、冶金废水都有较好的氧化去除效果。可选的，PTFE在活化的同时净化废水时，所述PTFE材料为PTFE纳米颗粒或粉末、PTFE微米颗粒或粉末以及PTFE膜，PTFE材料在待处理废水中的投加量为10～2000mg/L。由于PTFE呈疏水性，投加量过高，多余的PTFE不能较好分散在水溶液中，在超声波的作用下不能发挥压电催化的性能。进一步作为优选，生活废水和工业废水中的pH为1～14。由于PTFE极其稳定，强酸和强碱对PTFE的稳定性没什么影响，对催化反应效果也无明显影响。进一步作为优选，生活废水和工业废水中的溶解氧浓度为0～15mg/L。PTFE在催化反应过程中会产生h+、·OH、·O2-和1O2等具有强氧化能力的反应活性物种，这些活性物种中，h+是由PTFE本身在反应过程中产生；·OH是由OH-或其他中间态的自由基转化而来；·O2-和1O2是由O2反应获得；在由PTFE主导的压电催化反应过程中，废水中的溶解氧对催化反应无明显影响。PTFE在超声波作用下催化还原产氢：PTFE在超声波的作用下被活化，除了能够产生强氧化能力的活性物种外，也能够产生强还原能力的活性物种如e-和·H，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.活化聚四氟乙烯的方法，其特征在于，包括：对聚四氟乙烯材料进行超声处理。/n

【技术特征摘要】
1.活化聚四氟乙烯的方法，其特征在于，包括：对聚四氟乙烯材料进行超声处理。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声处理的条件：超声频率为20kHz～12MHz；超声的功率密度为0.1～400W/cm2。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯材料为聚四氟乙烯颗粒、聚四氟乙烯膜和聚四氟乙烯块状材料中的至少一种。


4.如权利要求1～3任一项权利要求所述的方法制备得到经过活化的聚四氟乙烯。


5.如权利要求1所述的方法或如权利要求4所述的经过活化的四氟乙烯在产电中的应用。

【专利技术属性】
技术研发人员：高冠道，王炎锋，蒲良桃，丁杰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32