一種強(qiáng)化壓電效應(yīng)提高有機(jī)污染物降解效率的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水廢水處理技術(shù)，更具體地，涉及一種強(qiáng)化壓電效應(yīng)提高有機(jī)污染 物降解效率的方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國(guó)水源有機(jī)物污染非常嚴(yán)重，有機(jī)物種類越來(lái)越多，不但給水處理增加了 難度，同時(shí)有毒的小分子有機(jī)物難以降解，并在生物體內(nèi)蓄積，并有強(qiáng)烈的三致作用（致癌、 致畸、致突變）或慢性毒性。有機(jī)污染物降解技術(shù)的研究越來(lái)越引起人們的重視。
[0003] 壓電效應(yīng)是一種機(jī)械能與電能可相互轉(zhuǎn)化的效應(yīng)。自從居里兄弟于1880年發(fā)現(xiàn) 壓電效應(yīng)，特別是近幾十年以來(lái)，隨著電子、導(dǎo)航和生物等高技術(shù)發(fā)展的需要，國(guó)內(nèi)外學(xué)者 對(duì)此進(jìn)行了廣泛深入的研究，發(fā)現(xiàn)和合成出了大量性能優(yōu)良的壓電材料，它們包括壓電單 晶、壓電陶瓷、壓電聚合物和復(fù)合壓電材料等，壓電效應(yīng)的應(yīng)用也得到了飛速發(fā)展，已在曰 用品、信息、生物、軍事及新能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，壓電陶瓷已制成發(fā)電的地板以 及火機(jī)、導(dǎo)彈和魚(yú)雷起爆的電源等。2010年Wisconsin大學(xué)的K. S. Hong等人發(fā)現(xiàn)納米纖 維狀ZnO和納微樹(shù)枝狀BaTiO3的壓電效應(yīng)可直接分解水制H2，隨后他們進(jìn)行了一列的相關(guān) 研究，發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)還能夠驅(qū)動(dòng)水中有機(jī)污染物的降解，開(kāi)創(chuàng)了壓電凈水新領(lǐng)域。
[0004] 另外，能源短缺是當(dāng)今世界最為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，尋找和開(kāi)發(fā)新能源是解決 能源缺乏問(wèn)題有效途徑。低能或低頻振動(dòng)機(jī)械能廣泛存在于自然環(huán)境中，如水流、水疊落、 空氣流動(dòng)和引擎振動(dòng)等。這些振動(dòng)能是一類綠色新能源，其應(yīng)用較少受場(chǎng)地限制且無(wú)污染 物排放，但它們能量密度較低，收集和轉(zhuǎn)化比較困難。因此，高效利用這些振動(dòng)能治理污染 和凈化環(huán)境是一種具有挑戰(zhàn)性的綠色新技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有有機(jī)污染物處理降解能力低的缺陷和技 術(shù)不足，提供一種強(qiáng)化壓電效應(yīng)進(jìn)而提高有機(jī)污染物降解效率的方法，它涉及強(qiáng)化納微壓 電材料將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生羥基自由基，降解水中有機(jī)污染物的技術(shù)。具體地， 本發(fā)明采用化學(xué)還原法原位制備納米Ag，并將納米Ag負(fù)載在納微BaTiOd^表面上，制得 △8/^!1103復(fù)合壓電材料；然后在上述壓電體系中加入鐵離子或鐵氧化物，將有機(jī)染料置于 Ag/BaTi03和鐵離子或鐵氧化物的混合體系中，使現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生和累積的H 202轉(zhuǎn)化為高活性的 羥基自由基，從而增加壓電效應(yīng)降解有機(jī)污染物的效率。
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種提高壓電材料BaTiOj#解有機(jī)污染物效率的方法。
[0007] 本發(fā)明的另一目的是提供一種降解有機(jī)污染物的方法。
[0008] 本發(fā)明的再一目的是提供上述降解有機(jī)污染物的方法的應(yīng)用。
[0009] 本發(fā)明上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)： 一種提高壓電材料BaTiO3降解有機(jī)污染物效率的方法，是在壓電材料BaTiO 3上負(fù)載納 米銀顆?；蛟诮到怏w系中加入含鐵物質(zhì)。
[0010] 具體地，是以制備納微Ag/BaTi03作為復(fù)合壓電材料，以低頻超聲波為機(jī)械振動(dòng) 能，通過(guò)BaTiO3壓電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴和電子及這些壓致空穴和電子與水、O2作用產(chǎn)生的活 性氧物質(zhì)，特別是羥基自由降解水中有機(jī)污染物。在納微Ag/BaTi03為復(fù)合壓電材料中，通 過(guò)Ag能加速壓電子的轉(zhuǎn)移，減少空穴-電子復(fù)合，增強(qiáng)BaTiO3壓電降解有機(jī)污染物的效 率； 或者，是以納微BaTiO3為壓電材料，以低頻超聲波為機(jī)械振動(dòng)能，以含鐵物質(zhì)（Fe' Fe304、Fe2O3或FeOOH)作為催化劑，通過(guò)BaTiO 3壓電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴和電子及這些壓致空 穴和電子與水、〇2作用產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)，特別是高活性羥基自由降解水中有機(jī)污染物。在 此壓電體系中，含鐵物質(zhì)催化壓致H2O2轉(zhuǎn)化為高活性羥基自由濃度從而提高BaTiO 3壓電降 解有機(jī)污染物的效率。
[0011] 更近一步地，本發(fā)明上述提高壓電材料BaTiO3降解有機(jī)污染物效率的方法，是在 壓電材料BaTiO3上負(fù)載納米銀顆粒，同時(shí)在降解體系中加入含鐵物質(zhì)。
[0012] 優(yōu)選地，所述含鐵物質(zhì)為鐵離子或鐵氧化物。
[0013] 更優(yōu)選地，所述含鐵物質(zhì)為Fe2+ (如FeS04)、Fe203、Fe3O 4或FeOOH。
[0014] 作為一種可實(shí)施的優(yōu)選方案，上述負(fù)載納米銀顆粒的方法是：在1^1103懸浮體系 中加入硝酸銀，然后用甲醛作為還原劑制得負(fù)載〇. 5%銀的壓電材料Ag/BaTi03。這些負(fù)載 的納米銀顆粒能起到促進(jìn)壓致電荷分離、增強(qiáng)壓電化學(xué)效應(yīng)的作用；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)BaTiO3和Ag/BaTi03的壓電效應(yīng)能除了活性氧自由基外，還均能產(chǎn)生過(guò)氧化氫(后者的產(chǎn)率高于前 者)。
[0015] 另外，優(yōu)選地，上述壓電材料BaTiO3為納微BaTiO 3。
[0016] 更近一步地，所述納微BaTiO3由以下方法制得： 51. 在不斷攪拌下，將鈦酸四乙酯緩慢滴入到冰乙酸中，連續(xù)攪拌70~74 h后，用 3500~4500 r/min離心，取沉淀，經(jīng)去離子水洗滌后，置于60~70 °C下干燥24~48 h， 得到氫氧化鈦； 52. 將0· 2~0· 3 mol/L的氫氧化鈉、0· 04~0· 08 mol/L的八水合氫氧化鋇和0· 04~ 0. 08 mol/L的步驟Sl得到的氫氧化鈦，在不斷攪拌下混合均勻，密封條件下，150~250°C 水熱反應(yīng)50~75h ; 53. 將S2所得產(chǎn)物冷卻至室溫，3500~4500 r/min (優(yōu)選4000 r/min)離心，取沉淀， 經(jīng)去離子水洗滌后，置于60~70 °C烘干24~48 h (優(yōu)選60 °C下烘干48 h)，得到納微 BaTiO30
[0017] 優(yōu)選地，步驟Sl所述冰乙酸的濃度為I mol/L，鈦酸四乙酯與冰乙酸的體積比為 1:10;連續(xù)攪拌72 h后，4000 r/min離心，取沉淀，去離子水洗滌后，于60 °C下烘干48 h， 得到氫氧化鈦。
[0018] 優(yōu)選地，步驟Sl所述連續(xù)攪拌的時(shí)間為72 h，所述離心速度為4000 r/min，所述 干燥溫度為60 °C，所述干燥時(shí)間為48 h。
[0019] 優(yōu)選地，步驟S2所述的氫氧化鈉的體積為反應(yīng)容器(如水熱反應(yīng)爸內(nèi)襯）容量的 60% 〇
[0020] 優(yōu)選地，步驟S2所述氫氧化鈉的濃度為0. 25 mol/L，所述氫氧化鈦的濃度為0. 06 mol/L，所述八水合氫氧化鋇的濃度為0. 06 mol/L。
[0021] 優(yōu)選地，步驟S2所述的水熱反應(yīng)的溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為68h。
[0022] 另外，優(yōu)選地，上述提高壓電材料BaTiOj#解有機(jī)污染物效率的方法中，所述的有 機(jī)污染物為酸性橙II。
[0023] 本發(fā)明還提供一種降解有機(jī)污染物的方法，包括以下步驟： 51. 制備納微BaTiO3, 52. 將Sl的納微BaTiO3W入含有有機(jī)污染物的廢液中混合均勻后，30~50KHz、200~ 500W超聲振蕩清洗，并加入鐵離子或鐵氧化物，降解有機(jī)污染物； 或者所述降解有機(jī)污染物的方法包括以下步驟： 51. 制備納微BaTiO3，采用化學(xué)還原法原位制備納米銀，將納米銀負(fù)載在納微BaTiO^ 面，制得Ag/BaTi03復(fù)合壓電材料 52. 將Sl的Ag/BaTiO^合壓電材料加入含有有機(jī)污染物的廢液中混合均勻后，30~ 50KHz、200~500W超聲振蕩清洗，降解有機(jī)污染物。
[0024] 更進(jìn)一步地，上述降解有機(jī)污染物的方法是以納微Ag/BaTi03S復(fù)合壓電材料，以 低頻超聲波為機(jī)械振動(dòng)能，通過(guò)BaTiO3壓電效應(yīng)產(chǎn)生的空穴和電子，以及這些壓致空穴和 電子與水、〇2作用產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)，特別是羥基自由基，降解廢水中的有機(jī)污染物；在納 微Ag/BaTi03為復(fù)合壓電材料中，通過(guò)Ag能加速壓電子的轉(zhuǎn)移，減少空穴-電子復(fù)合增強(qiáng) BaTiO3S電降解有機(jī)污染物的效率； 或者上述降解有機(jī)污染物的方法是以納微BaTiO3為壓電材料，以低頻超聲波為機(jī)械振 動(dòng)能，以含鐵物