本发明专利技术公开了一种催化装置及制法和采用该装置的压电超声降解设备，催化装置由3D打印技术生产的压电振子以及上下表面电极组成，压电超声降解设备包括壳体，壳体设有多个键位孔槽来安装催化装置，壳体下方具有支撑底座，支撑底座中装有驱动板和电源，壳体上方带有折叠握把，握把上设有开关用以控制压电超声降解过程的进行。本发明专利技术装置在工作时结合压电催化和压电雾化两种技术手段，在同一个装置中可以同时利用压电催化和超声雾化双重催化手段降解有机污染物，促进了整个降解效果的提升，并且通过折叠握把可以在压电超声降解之后快速实现对装置的循环利用及回收，节省成本，方便实际应用。
【技术实现步骤摘要】
一种催化装置及制法和采用该装置的压电超声降解设备
本专利技术属于压电超声催化设备，具体涉及一种压电雾化催化装置及其制备方法，和采用该催化装置对有机污染物进行降解的设备。
技术介绍
随着全球化的发展，工业废水的排放使得环境污染现象日益严重，压电催化作为一种新型的催化手段，利用压电材料在受到外力作用下产生的压电势，可以有效促进电子空穴对的分离转移，参与溶液中的氧化还原反应生成活性氧基团，降解环境中存在的污染物。压电材料通常为纳米材料，在生产使用过程中还存在如下问题，一方面由于压电纳米材料粒径小在回收上需要经过特殊的手段，增加工艺成本，另一方面，未回收的压电材料存在溶液当中会造成二次污染；此外，单独的压电催化作用对于污染物的降解能力有限。因此如何制备具有精确微结构的压电材料来提高性能以及如何进一步在压电催化中提高降解效率成为了亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种可以同时利用压电催化和超声雾化双重催化手段的催化装置；本专利技术的第二目的在于提供一种利用3D打印技术提高压电系数的催化装置的制备方法；本专利技术的第三目的在于提供一种利用上述催化装置进行有机废气或有机废液降解的压电超声设备。技术方案：本专利技术的一种催化装置，其包括压电振子，所述压电振子的两侧分别设有用于给压电振子施加偏压的上电极和下电极，所述上电极和下电极上固定连接有导线，导线连有与压电振子频率一致的驱动电路；所述上电极上设有用于发生雾化作用的微孔，所述微孔随压电振子共同振动；所述上电极和下电极的外表面包裹有用于隔绝液体的防水垫圈。上述的催化装置中，通过外部驱动电路，将电信号转换成与压电振子谐振频率相匹配的信号，从而控制压电振子在一定频率驱动下会发生振动，上下表面会产生由形变引起的电势，电势驱动氧化还原反应进行生成活性自由基降解污染物；同时，通过在上电极上设置微孔，其降解的原理正是利用了强冲击微射流攻击污染物分子让其发生降解。实际运行过程中，在压电振子振动下，微孔附近处受到急速振动产生高强水压，可以使空化泡破裂产生速率为110m/s的微射流，从而攻击污染物使得污染物降解，因此整体催化装置同时包括了两种催化手段。进一步的，所述微孔的直径为16～20mm。进一步的，所述上电极覆盖整个压电振子的上表面，这样可以让上电极连同微孔更好的传递压电振子所发生的谐振运动。本专利技术还保护催化装置的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将压电材料粉体与聚乙烯醇进行混合形成压电浆料，随后将浆料通过3D打印机喷射形成薄层并进行逐层堆积形成胚体，将打印得到后的坯体进行高温烧结得到压电振子；步骤二、在压电振子的两侧胶粘金属层作为上电极和下电极，在上电极的中心位置开设微孔；步骤三、在上电极和下电极的端部焊接导线，并在上电极和下电极的外部包裹防水垫圈，制备得到催化装置。上述的制备方法中，采用3D打印技术将粉末状金属、陶瓷通过熔融粘接光固化等三维快速成型方式逐层构造物体，从而制备出形状复杂的压电振子，由于压电振子的微结构更加精确，从而大幅提高了压电振子的压电系数。同时，3D打印技术在保证压电振子性能的同时，还可以在压电超声降解之后快速实现对装置的循环利用及回收。进一步的，所述步骤一中，压电材料粉体与聚乙烯醇的质量比为20～40：1；其中，压电材料粉体包括钛酸盐、铌酸盐和锆酸盐中的任意一种但不局限于这几种，压电材料粉体的选择依据压电材料本身的压电性大小，优先选用压电系数高的压电振子。进一步的，所述步骤一中，3D打印时控制层高精度在0.1～1mm范围，打印速度为5-20mm/s；烧结的温度为1000℃～1450℃，烧结时间为3h～5h。高温烧结的工艺参数进一步影响胚体成型后的应用，高温烧结的原因在于使压电材料粉体在高温下更容易发生反应，提升压电材料的致密度，有利于形成结晶度高的压电相，提升了压电性能本专利技术还进一步保护一种压电超声降解有机污染物的设备，包括上述催化装置，还包括壳体，所述壳体的底部设有支撑底座，所述壳体内设置有多个用于安装催化装置的键位孔槽，所述支撑底座内设有用于驱动信号的电源以及用于将电流信号传递给压电振子的驱动板，所述电源的正极与驱动板电性连接，所述驱动板通过导线与催化装置的上电极电性连接，催化装置的下电极通过导线与电源的负极连接。进一步的，为了实现催化目的，需要保证驱动板发出的交流频率与压电振子的驱动频率相一致；而为了进一步方便对整体设备的控制，所述壳体上设有握把，所述握把的上方设置有用于控制催化装置工作或关闭的开关，所述开关与电源电性连接。本专利技术压电超声降解有机污染物设备的工作原理为：将可回收键盘式复合结构的压电雾化催化装置放入盛有污染物溶液的容器中，打开装置开关，污染物会随着时间发生降解，降解由两部分原因引起，第一是压电振子在一定频率驱动下会发生振动，上下表面会产生由形变引起的电势，电势驱动氧化还原反应进行生成活性自由基降解污染物；另一方面，压电雾化在微孔附近产生的局部能量可以在水中产生微射流，从而攻击污染物使得污染物降解。在催化完成后，可将上述装置取出进行下一次降解，达到循环利用的效果。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的具有如下显著优点：(1)本专利技术的装置在工作时结合压电催化和压电雾化两种技术手段，在同一个装置中可以同时利用压电催化和超声雾化双重催化手段降解有机污染物，促进了整个降解效果的提升；(2)本专利技术通过3D打印技术制备压电振子，提高了压电振子的压电系数，并且通过折叠握把可以在压电超声降解之后快速实现对装置的循环利用及回收，节省成本，方便实际应用。附图说明图1为本专利技术的催化装置结构示意图；图2为本专利技术的压电超声降解有机污染物设备的结构示意图；图3为不同微孔直径催化罗丹明b的降解效率图；图4为不同时间催化罗丹明b的降解效率图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。参加图1的催化装置，包括压电振子6，连接振子上下表面的上电极7和下电极8，包裹电极的防水垫圈9以及与电机焊接的导线10，上电极7上设有微孔14，下电极的中心设有中心孔。其中，压电振子6可由3D打印技术制备出具有特殊形状的结构，在响应驱动交流频率下发生振动，上电极7和下电极8与压电振子6通过强力胶连接，上电极7、下电极8可以给压电振子6施加偏压，防水垫圈9用于隔绝液体，避免催化装置发生短路，上电极上设有微孔14，用于发生雾化作用，在压电振子6工作时，微孔14受到急速高频振动会产生高强水压使附近的空化泡破裂，并攻击污染物分子使其发生分解。参见图2所示，本专利技术的压电超声降解有机污染物设备包括壳体1，壳体1下方具有支撑底座2，支撑底座2可以增强催化装置的结构强度，壳体1上方带有折叠握把3，折叠握把3可增加催化装置的便携性，在催化反应结束后可以直接将设备从溶液中取出。壳体1中设有多个键位孔槽4，每一个键位孔槽4内对应安装一个独立的催化装置5，支撑底座装有驱动板11，用于发出与压电雾化片驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化装置，其特征在于：包括压电振子(6)，所述压电振子(6)的两侧分别设有用于给压电振子施加偏压的上电极(7)和下电极(8)，所述上电极(7)和下电极(8)上固定连接有导线(10)，导线(10)连有与压电振子(6)频率一致的驱动电路(15)；所述上电极(7)上设有用于发生雾化作用的微孔(14)，所述微孔(14)随压电振子(6)共同振动；所述上电极(7)和下电极(8)的外表面包裹有用于隔绝液体的防水垫圈(9)。/n
【技术特征摘要】
1.一种催化装置，其特征在于：包括压电振子(6)，所述压电振子(6)的两侧分别设有用于给压电振子施加偏压的上电极(7)和下电极(8)，所述上电极(7)和下电极(8)上固定连接有导线(10)，导线(10)连有与压电振子(6)频率一致的驱动电路(15)；所述上电极(7)上设有用于发生雾化作用的微孔(14)，所述微孔(14)随压电振子(6)共同振动；所述上电极(7)和下电极(8)的外表面包裹有用于隔绝液体的防水垫圈(9)。
2.根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于：所述微孔(14)的直径为16~20mm。
3.根据权利要求1所述的催化装置，其特征在于：所所述上电极(7)覆盖整个压电振子(6)的上表面。
4.权利要求1-3任一项所述的催化装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将压电材料粉体与聚乙烯醇进行混合形成压电浆料，随后将浆料通过3D打印机喷射形成薄层并进行逐层堆积成型，将打印得到后的坯体进行高温烧结得到压电振子；
步骤二、在压电振子(6)的两侧胶粘金属层作为上电极(7)和下电极(8)，在上电极(7)的中心位置开设微孔(14)；
步骤三、在上电极(7)和下电极(8)的端部焊接导线(10)，并在上电极(7)和下电极(8)的外部包裹防水垫圈(9)，制备得到催化装置。
5.根据权利要求4所述的催化装置的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，压电材料粉体与聚乙烯醇的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王增梅，梁秀晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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