[发明专利]微电解耦合逆压电材料及其制备方法和应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及材料领域，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。

背景技术

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→H₂ E(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，本发明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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，本发明提供如下技术方案：本发明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。