CN113332970A - 一种三维海绵状的bzt-0.5bct压电催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维海绵状的BZT‑0.5BCT压电催化剂及其制备方法,先将氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯、乙酰丙酮锆和聚乙烯吡咯烷酮依次溶解在无水乙醇、乙酸和丙酮的混合有机溶剂中,充分搅拌陈化,形成BZT‑0.5BCT前驱体溶胶,再通过吹纺得到BZT‑0.5BCT前驱体纤维,然后煅烧得到三维海绵状的BZT‑0.5BCT压电催化剂。本发明制备的BZT‑0.5BCT压电催化剂疏松多孔,可以提供大量的活性位点,来进行催化反应,且可以实现催化剂的直接回收,避免二次污染。同时本发明采用的制备方法简单、高效,适用于工业化大生产。
Description
技术领域
本发明涉及压电催化剂及其制备领域,尤其是一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂及其制备方法。
背景技术
工农业的大力发展,导致大量有机污染物排放到水体中,严重影响生态环境,传统的污水处理过程复杂,成本高,消耗大量能源。压电催化剂可以收集环境中的潮汐能、风能、振动、噪声等能量,发生形变,产生压电效应,在催化剂内部产生极化电荷,可以吸引污水中的离子,发生氧化还原反应,降解有机污染物。
而常用的压电催化剂大多是粉末形状,产生形变较小,回收困难,容易造成二次污染,三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂疏松多孔,可以提供大量的活性位点,并且可以充分吸收机械能,来进行催化反应,同时,可以实现催化剂的直接回收,避免二次污染。
并且目前的压电陶瓷纤维的制备采用静电纺丝的方法,需要利用高电压作为驱动力,设备复杂,且有危险性,所以需要一种简单、高效的方法,制备新型高效可回收的压电催化剂。
中国专利CN112108141A一种氧化锌微米棒压电催化剂及其制备方法与应用,通过水热法得到的氧化锌微米棒长4~12μm,直径为1~4μm,尺寸较大,长径比较小,压电催化效率较低,且难以回收。中国专利CN111809252A一种复合陶瓷纳米纤维膜及其制备方法和应用,利用微流体喷气纺丝设备,采用卷对卷方式收集,制得氧化铝/二氧化钛复合陶瓷纳米纤维膜,用于空气过滤,显然,二维膜材料用于污水中有机污染物降解,活性位点较少。此外,中国专利CN108411406A一种压电光催化复合纤维的制备方法,通过静电纺丝制备出压电光催化复合纤维,纺丝电压为20~26kV,存在安全隐患,收集器必须导电,装置比较复杂。
目前,还并未有使用简单安全环保的方法制备三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的相关研究。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术所存在的问题,本发明的第一目的是提供一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂。
本发明的第二目的是提供一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法。
技术方案:为达到上述目的,本发明可采用如下技术方案:
一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂,具体的,BZT-0.5BCT压电催化剂为三维海绵状结构。
更进一步的,三维海绵结构是由100-500nm的纤维无规则搭接形成的,内部充满空气;受力时,纤维可以发生滑移,吸收应力,稳定整个三维结构的框架。
本发明还公开了上述三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)将无水乙醇、乙酸和丙酮三种有机溶剂进行混合,搅拌10~15min至混合均匀;
(2)将氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯、乙酰丙酮锆和聚乙烯吡咯烷酮依次溶解在步骤(1)得到的有机溶剂中充分搅拌陈化,形成BZT-0.5BCT前驱体溶胶;
(3)将步骤(2)得到的BZT-0.5BCT前驱体溶胶通过吹纺得到BZT-0.5BCT前驱体纤维;
(4)将步骤(3)得到的BZT-0.5BCT前驱体纤维煅烧得到三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂。
更进一步的,步骤(1)中无水乙醇,乙酸,丙酮三者的重量比为(3~4):(8~10):1。
更进一步的,步骤(2)中所述聚乙烯吡咯烷酮占BZT-0.5BCT前驱体溶胶总重量的4~8%;氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆四种物质的总重量占BZT-0.5BCT前驱体溶胶总重量的20%~30%,氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆的摩尔比为(80~90):(10~20):(85~95):(5~15)。
更进一步的,步骤(2)中所述充分搅拌陈化的时间为8~12h。
更进一步的,步骤(3)中所述吹纺的具体步骤如下:
使用口径为0.2~0.5mm的喷笔,在0.05~0.5MPa的气压下,将溶胶吹纺成纤维,用带孔无底的笼子收集纤维,喷嘴距笼子20~50cm。
更进一步的,步骤(4)中煅烧的具体步骤如下:
首先以2~5℃/min的升温速度将温度从室温升到500~800℃,然后保温40~90min,再以2~5℃/min的降温速度将温度降至室温。
有益效果:本发明具有以下优点:
1)本发明制备的BZT-0.5BCT压电催化剂疏松多孔,可以提供大量的活性位点来进行催化反应,催化效率高;
2)相对于粉末状的催化剂更容易处理,使用后可以进行催化剂的直接回收,避免二次污染;
3)制备方法采用吹纺利用气压喷射溶胶,装置简单,效率高,更安全。
附图说明
图1是实施例1制备的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的扫描电镜示意图;
图2是实施例1制备的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的实物照片;
图3是实施例1制备的BZT-0.5BCT前驱体纤维的实物照片;
图4是实施例1制备的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的XRD图。
具体实施方式
实施例1:
称取6.89g无水乙醇、3.51g丙酮和14.31g乙酸,搅拌10min,均匀混合。将0.0102mol氢氧化钡、0.0018mol氢氧化钙、0.0108mol钛酸四丁酯、0.012mol乙酰丙酮酮锆和2.5g聚乙烯吡咯烷酮依次溶解在上述有机溶剂中,搅拌12h,形成BZT-0.5BCT前驱体溶胶。
将BZT-0.5BCT前驱体溶胶用0.2mm口径的喷笔、0.5MPa气压吹纺,笼子距喷嘴30cm收集BZT-0.5BCT前驱体纤维。将BZT-0.5BCT前驱体纤维以如下程序煅烧:以5℃/min的升温速度将温度从室温升到1000℃,然后保温120min,再以10℃/min的降温速度将温度降至室温,即可得到三维海绵状的BaTiO3压电催化剂。
请参考图1所示,为本发明实施例1制备的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的扫描电镜示意图,可以看出三维海绵结构,疏松多孔。
请参考图2所示,为本发明制备出的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的实物照片,可以看出其在高温煅烧后仍保持了三维海绵状结构。
请参考图3所示,为本发明实施例1制备的BZT-0.5BCT前驱体纤维的实物照片,可以看出其柔软如棉花。
请参考图4所示,为本发明实施例1制备出的三维海绵状的BaTiO3压电催化剂的XRD图,可以看出本发明制备的催化剂为四方相BZT-0.5BCT。
如图1-4所示,本申请制备的压电催化剂三维海绵结构是由100-500nm的纤维无规则搭接形成的,内部充满空气;受力时,纤维发生滑移,吸收应力,稳定整个三维结构的框架。
Claims (8)
1.一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂,其特征在于,BZT-0.5BCT压电催化剂为三维海绵状结构。
2.根据权利要求1所述的一种三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于三维海绵状结构包括以下特征:三维海绵结构是由100-500nm的纤维无规则搭接形成的,内部充满空气;受力时,纤维发生滑移,吸收应力,稳定整个三维结构的框架。
3.一种权利要求1所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)将无水乙醇、乙酸和丙酮三种有机溶剂进行混合,搅拌10~15min至混合均匀;
(2)将氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯、乙酰丙酮锆和聚乙烯吡咯烷酮依次溶解在步骤(1)得到的有机溶剂中充分搅拌陈化,形成BZT-0.5BCT前驱体溶胶;
(3)将步骤(2)得到的BZT-0.5BCT前驱体溶胶通过吹纺得到BZT-0.5BCT前驱体纤维;
(4)将步骤(3)得到的BZT-0.5BCT前驱体纤维煅烧得到三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂。
4.根据权利要求3所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(1)中无水乙醇,乙酸,丙酮三者的重量比为(3~4):(8~10):1。
5.根据权利要求3所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述聚乙烯吡咯烷酮占BZT-0.5BCT前驱体溶胶总重量的4~8%;氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆四种物质的总重量占BZT-0.5BCT前驱体溶胶总重量的20%~30%,氢氧化钡、氢氧化钙、钛酸四丁酯和乙酰丙酮锆的摩尔比为(80~90):(10~20):(85~95):(5~15)。
6.根据权利要求3所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(2)中所述充分搅拌陈化的时间为8~12h。
7.根据权利要求3所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述吹纺的具体步骤如下:
使用口径为0.2~0.5mm的喷笔,在0.05~0.5MPa的气压下,将溶胶吹纺成纤维,用带孔无底的笼子收集纤维,喷嘴距笼子20~50cm。
8.根据权利要求3所述的三维海绵状的BZT-0.5BCT压电催化剂的制备方法,其特征在于:步骤(4)中煅烧的具体步骤如下:
首先以2~5℃/min的升温速度将温度从室温升到500~800℃,然后保温40~90min,再以2~5℃/min的降温速度将温度降至室温。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |
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