[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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。

本发明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。

本发明的另一目的是提供一种降解有机污染物的方法。

本发明的再一目的是提供上述降解有机污染物的方法的应用。

本发明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，本发明上述提高压电材料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。