CN215843015U - 一种用于水体有机污染物降解的磁性压电光催化颗粒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于水体有机污染物降解的磁性压电光催化颗粒，为三层核壳结构的磁性压电光催化颗粒，中心为磁性内核，中间层为压电材料层，最外层为光催化材料层。该实用新型能够有效利用压电材料层的微电压效应，有效抑制光催化层的电子‑空穴复合，提高光催化降解水体污染物的效果。同时，磁性内核有利于颗粒的磁性回收，增强环境实用性，属于环保技术领域。

Description

一种用于水体有机污染物降解的磁性压电光催化颗粒

技术领域

本实用新型提供一种磁性压电光催化颗粒，具体涉及一种压电和光催化耦合作用下降解水体有机污染物的材料，同时还具有磁性易回收功能。

本实用新型是通过纳米颗粒在水流中受到压力的不断变化，进而产生微压电效应，在微压电效应的作用下，当光照发生时，催化剂表面产生电子-空穴，而压电材料的微压电效应则会抑制电子-空穴的复合，从而促进光催化对水体污染物的降解作用，该实用新型属于环保技术领域。

背景技术

自1972年日本东京大学的Fujishima与Honda两人于一次实验中对放入水中的二氧化钛单晶进行了紫外灯照射时，水被分解成氧和氢，从而发现了光催化的现象，之后，世界各地的科研人员进行了大量的实验，进行光催化降解环境中有机污染物的研究，这极大地促进了光催化技术在环境领域的发展，目前，光催化技术应用于多种研究领域：空气净化领域、水深度处理领域、抗菌用品、防雾自清洁用品等。

随着社会的快速发展和人民生活水平的提高，我国面临的水资源污染问题也越来越严重，水环境中出现了一系列农药、表面活性剂等有机污染物，如何对水中有机污染物质进行高效的降解是目前研究的热点，传统的生物方法处理污水已经不能有效解决这类新兴的污染物质，需要与新的处理方式相结合来降解污染物质，近年来，高级氧化技术是处理水中有机污染物质的有效方法之一。光催化法因其无化学添加和降解彻底等优点得到了青睐，一系列的光催化材料被设计出来并取得到了良好的效果。目前光催化技术所采用的多为悬浮相体系，虽然光解效率高，但因TiO₂粉末颗粒细小，回收很困难，易造成随水流失浪费，因此还需要探寻新的净化材料和净化方法。

压电催化法是近年来新兴的研究领域，它利用外力作用可以在压电材料产生表面电势，因而通过内部电位差值可以促进形成活性自由基，从而实现水中污染物的高效降解，但其降解效率还有待提高。

CN109607739A公开了一种压电材料钛酸钡超声活化过硫酸盐，通过压电材料与过硫酸盐在超声波下产生羟基自由基、超氧自由基、单线态氧等，形成了液相多氧化体系，从而提高对水体中污染物的去除率。CN111495392A公开了一种铁基压电催化材料的制备方法及其在水处理中应用，通过元素掺杂来调节材料的带隙分布，同时原位掺杂形成活性空位，增加非中心对称性，增强压电催化活性，并通过磁性调控实现压电催化剂的磁性回收，促进压电材料的环境适用性。

本实用新型利用压电材料和光催化材料的耦合作用，实现对污染水体进行有机物降解。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有光催化技术所存在的问题，提供了一种新型的磁性压电光催化材料。一方面，通过外界机械作用力，使内部产生极化，利用压电材料将机械能转化为电能；另一方面，通过光催化材料在光照作用下，产生电子-空穴，利用压电材料的微压电效应，抑制电子-空穴的复合，从而提高光催化效果。最后，通过引入磁性内核，解决光催化剂不易回收再利用的难题，实现催化剂的磁性回收，防止其污染环境，能满足环境工程应用的要求。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：采用水共热法在密封的压力容器中，在高温高压的条件下将磁性的铁基内核与压电催化剂结合在一起。然后采用溶胶凝胶法、浸渍提拉法、旋转涂膜法等化学方法或者真空蒸镀法、磁控溅射法等物理方法在复合材料的外侧包覆形成光催化层。

本实用新型优先采用溶剂热合成法制作出纯度高、分散性好、结晶度好且饱和磁化强度高的磁性Fe₃O₄颗粒。

本实用新型优先采用浸渍提拉法将钛酸钡压电材料包覆在磁性Fe₃O₄颗粒表面，制作钛酸钡包覆磁性Fe₃O₄复合颗粒。

本实用新型优先采用溶胶凝胶法或者浸渍提拉法将二氧化钛光催化材料包覆在复合颗粒外层，使之形成三层核壳结构。

所述的压电催化反应体系应用的外加机械力可以为超声波、机械作用力、磁场作用力、水流搅拌力等等的一种或多种复合引发压电催化反应的方法。

如上所述的磁性压电光催化材料，中间层为压电材料优先选用钛酸钡材料(BaTiO₃)，也可以采用其他压电材料如MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、ZnO、CdS等。

如上所述的磁性压电光催化材料，外层为光催化层可选用TiO₂或ZnO涂层，也可通过掺杂改性、贵金属沉积等改性光催化剂。

在光源的作用下，磁性压电光催化颗粒对水体中的有机污染物质进行光催化降解，使用的光源可以是人造或自然光源等。

附图说明

图1是本实用新型的三维立体示意图。

图1中各数字标号所指代的名称：1——磁性内核；2——压电材料中间层；3——光催化外层。

具体实施方式

下面结合图1和实施例对本实用新型作进一步说明。

把制备的磁性压电光催化颗粒放置在待净化的有机污废水中，同时对颗粒进行一定的机械搅拌等作用，使颗粒在水流的作用下悬浮于水体之中，且颗粒在不同的时段承受不同的压力，则压电材料层产生微电压现象。

当自然光源或者人工光源进行光照时，光催化层表面产生电子-空穴，可以对水体中的有机污染物进行降解。

压电层产生的微电压抑制光催化层产生的电子-空穴的复合，从而促进光催化层对水体污染物的降解作用。

当需要对磁性压电光催化颗粒进行回收时，可以采用磁性方法进行回收处理。

Claims (4)

1.一种用于水体有机污染物降解的磁性压电光催化颗粒，其特征在于具有三层核壳结构，中心为磁性内核(1)，中间层为压电材料中间层(2)，外层为光催化外层(3)。

2.根据权利要求1所述的磁性压电光催化颗粒，其特征在于磁性内核(1)采用四氧化三铁（Fe₃O₄）颗粒材料。

3.根据权利要求1所述的磁性压电光催化颗粒，其特征在于压电材料中间层(2)选用钛酸钡(BaTiO₃)压电材料。

4.根据权利要求1所述的磁性压电光催化颗粒，其特征在于光催化外层(3)选用二氧化钛(TiO₂)光催化材料。

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