微电解耦合逆压电材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了微电解耦合逆压电材料及其制备方法和应用，属于废水处理领域，其原材料包含铁源、活化活性炭以及压电材料三材料，各成分的质量比为8～10：8～10：1～2；其制备步骤如下：将活化活性炭与铁源、压电材料充分混合后，加入合适还原剂；对材料进行还原、洗涤、干燥等后处理，制得微电解耦合逆压电材料。本材料制备方法简单，其与传统材料的区别于压电材料加入，可利用其微电解反应产生的微电场，产生逆压电效应，增大废水与材料的接触面积，克服传统微电解材料易板结缺陷，提高降解废水效率。

【技术实现步骤摘要】
微电解耦合逆压电材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料领域，具体涉及微电解耦合逆压电材料，还涉及该材料的制备方法和应用。
技术介绍
对于高浓度、高色度的工业废水处理，普通的物理、化学及生物法都无法达到预想效果，而微电解技术是一种利用电化学腐蚀原理，集氧化、还原、吸附、絮凝、气浮等机理为一体的高强度降解废水的预处理技术。微电解材料一般由废铁、焦炭等材料组成。当材料浸没在溶液中时，铁作为负极，碳为正极，构成微原电池，在酸性条件下，生成Fe2+进入溶液中。发生的电极反应如下：阳极(Fe):Fe-2e→Fe2+E(Fe/Fe2+)＝0.44V阴极(C):2H++2e→H2E(H+/H2)＝0.00V反应中生成的Fe2+和H具有极高的活性，能够使废水中的有机物结构发生改变，使其断裂、开环等。同时阴极反应往往会有少量的H2O2生成，与阳极生成的Fe2+发生Fenton效应，生成氧化能力更强的·OH，可强化微电解降解废水性能。除此之外，微电解反应中还涉及吸附、絮凝、气浮等作用机制，新生成的Fe(OH)3吸附性能强于普通的Fe(OH)3，可提高微电解处理废水的降解性能。但微电解技术因存在材料易板结，寿命短的严重缺陷，阻碍其在工业废水处理领域的应用。在降解过程中，因吸附、絮凝作用沉降的沉淀会粘附在微电解材料表面，造成材料板结，阻碍材料与废水的接触，最终材料失效。同时材料板结会造成金属材料和碳基材料接触面减少的现象，阻碍原电池的形成，并阻塞反应器，无法彻底降解废水。近年来，压电化学效应(压电催化效应)受到环境科学专家的重视。压电效应产生的电荷直接参与到化学反应，在这个过程中，机械能转化为化学能。而小的机械能随时可以获得，如声音，水波，振动等，不需要在机械能的输入上花额外的功夫。所以压电效应的应用备受人们青睐。而所谓逆压电效应即是在电场作用下，压电材料这类电介质会产生固定方向的机械变形。基于此背景，本专利技术将微电解技术和逆压电效应耦合，无需额外能耗，直接利用微电场激发压电材料产生逆压电效应，产生微振动，材料机械变形，可将粘附在表面的物质抖落或是增大材料和废水的接触面积，强化废水的降解。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种微电解效率高、无板结、使用寿命长的微电解耦合逆压电材料及制备方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术所述的微电解耦合逆压电材料，其成分包括铁源、活化活性炭、压电材料，各成分质量比如下：所述铁源、活化活性炭和压电材料的质量比为8～10：8～10：1～2，优选为8～9：8～9：1～2；所述铁源为六水硫酸亚铁铵，所述压电材料为钛酸钡。微电解耦合逆压电材料的制备方法，将活化活性碳、铁源和压电材料按比例混合，加入还原剂还原，收集固体产物，洗涤干燥即可。优选的，所述活化活性碳的方法是将活性炭浸泡在1～1.5mol/LNaOH溶液中活化12～24h，洗涤烘干，筛分粒径不小于200目的活性碳，得到活化活性碳。优选的，所述还原为加入相当于与Fe2+还原反应的理论值1.2～1.5倍的NaBH4，反应时间至少10min。优选的，所述NaBH4加入速度为5ml/min。优选的，所述洗涤为经水和乙醇洗涤，所述干燥是在60℃条件下干燥8h。所述微电解耦合逆压电材料在废水处理中的应用，所述废水为罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝等。本专利技术的有益效果在于：本专利技术微电解材料以铁、碳为主体，通过还原的方法，原位生成纳米铁，尽量使材料不出现阴阳极分离的情况；并耦合压电材料，产生逆压电效应，有效解决材料易板结的问题，提高降解废水的效率。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为pH对材料降解效率的影响；图2为压电材料钛酸钡含量对降解效率的影响；图3为不同染料的降解效果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1、液相还原法制备微电解耦合逆压电材料还原法制备微电解耦合逆压电材料，具体包括如下步骤：1)活化活性碳：将活性炭浸泡在1mol/LNaOH溶液中活化12h，洗涤烘干，筛分粒径不小于200目的活性碳，得到活化活性碳；2)还原反应：将步骤1)的活化活性炭、铁源和压电材料按质量比为9：9：2，在水中充分混合，使用电动搅拌转速为100r/min，搅拌时间为5min，然后加入相当于与Fe2+还原反应的理论值1.5倍的还原剂NaBH4，滴加速度为5ml/min，反应时间为10min；其中铁源为六水硫酸亚铁铵，压电材料为钛酸钡；3)后处理：将步骤2)的反应沉淀进行离心收集固体材料，固体材料经水和乙醇洗涤，将固体放置烘箱60℃条件下干燥8h，得微电解耦合逆压电材料。微电解材料的制备同上述，除在添加材料时不加入压电材料，即获得复合材料。实施例2与实施例1相同，区别为活化活性炭、铁源质量占比相同，压电材料占比分别为5％、10％和20％。本专利技术中活化活性炭、铁源和压电材料按质量比为6～10：7～10：1～3均可实现专利技术目的。实施例3、微电解及其复合材料处理不同pH罗丹明废水将实施例1的微电解耦合逆压电材料按10g/L加入罗丹明B废水中，罗丹明B的浓度为10mg/L，调节pH大约为3.5、4.5和5.5，并测定初始吸光度；静置反应60min，并每间隔20min测定吸光度，测定结果如图1所示。结果显示，微电解耦合逆压电材料处理的效果优于微电解材料，且微电解耦合逆压电材料pH在4.5～5.5范围内降解效果明显。实验例4、不同比例复合材料降解罗丹明B静置实验将实施例1、2制得的微电解材料及复合材料进行静置降解实验，罗丹明B的浓度为10mg/L，调节溶液pH为4～5之间(四组实验降解同一瓶溶液)，测定吸光度，反应2h，前1h每隔10min测定一次吸光度，后1h每隔20min测定一次吸光度，测定结果如图2所示。结果显示，随着压电材料的占比增大，降解效果增强，但超过某一限值，降解效果不再改变。所以，压电材料最佳的占比为10％。实验例5、不同废水的降解效果比较将实施例1制备的微电解及其复合材料分别处理罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝废水，其中废水的浓度为50mg/L，结果如图3所示。微电解对罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝均有一定的降解作用，其中对甲基橙的降解效率最好，40min可以降解100％。以上所述实施例仅是为充分说明本专利技术而所举的较佳的实施例，本专利技术的保护范围不限于此。本
的技术人员在本专利技术基础上所作的等同替代或变换，均在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的保护范围以权利要求书为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电解耦合逆压电材料，其特征在于：所述微电解耦合逆压电材料由铁源、活化活性炭和压电材料混合还原。/n

【技术特征摘要】
1.一种微电解耦合逆压电材料，其特征在于：所述微电解耦合逆压电材料由铁源、活化活性炭和压电材料混合还原。


2.根据权利要求1所述的一种微电解耦合逆压电材料，其特征在于：所述铁源、活化活性炭和压电材料的质量比为8～10：8～10：1～2。


3.根据权利要求1所述的一种微电解耦合逆压电材料，其特征在于：所述铁源为六水硫酸亚铁铵，所述压电材料为钛酸钡。


4.权利要求1～3任一项所述微电解耦合逆压电材料的制备方法，其特征在于：将活化活性碳、铁源和压电材料按比例混合，加入还原剂还原，收集固体产物，洗涤干燥即可。


5.根据权利要求4所述微电解耦合逆压电材料的制备方法，其特征在于：所述活化活性碳的方法是将活性炭浸泡在1～1.5mol/LNaOH溶液中活化12...

【专利技术属性】
技术研发人员：何显达，叶芳秀，刘潺，廖秀芬，陈创亿，张娜，李龙芹，王晓丹，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50