[发明专利]一种催化装置及制法和采用该装置的压电超声降解设备

说明书

本发明公开了一种催化装置及制法和采用该装置的压电超声降解设备，催化装置由3D打印技术生产的压电振子以及上下表面电极组成，压电超声降解设备包括壳体，壳体设有多个键位孔槽来安装催化装置，壳体下方具有支撑底座，支撑底座中装有驱动板和电源，壳体上方带有折叠握把，握把上设有开关用以控制压电超声降解过程的进行。本发明装置在工作时结合压电催化和压电雾化两种技术手段，在同一个装置中可以同时利用压电催化和超声雾化双重催化手段降解有机污染物，促进了整个降解效果的提升，并且通过折叠握把可以在压电超声降解之后快速实现对装置的循环利用及回收，节省成本，方便实际应用。

技术领域

本发明属于压电超声催化设备，具体涉及一种压电雾化催化装置及其制备方法，和采用该催化装置对有机污染物进行降解的设备。

背景技术

随着全球化的发展，工业废水的排放使得环境污染现象日益严重，压电催化作为一种新型的催化手段，利用压电材料在受到外力作用下产生的压电势，可以有效促进电子空穴对的分离转移，参与溶液中的氧化还原反应生成活性氧基团，降解环境中存在的污染物。

压电材料通常为纳米材料，在生产使用过程中还存在如下问题，一方面由于压电纳米材料粒径小在回收上需要经过特殊的手段，增加工艺成本，另一方面，未回收的压电材料存在溶液当中会造成二次污染；此外，单独的压电催化作用对于污染物的降解能力有限。因此如何制备具有精确微结构的压电材料来提高性能以及如何进一步在压电催化中提高降解效率成为了亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种可以同时利用压电催化和超声雾化双重催化手段的催化装置；本发明的第二目的在于提供一种利用3D打印技术提高压电系数的催化装置的制备方法；本发明的第三目的在于提供一种利用上述催化装置进行有机废气或有机废液降解的压电超声设备。

技术方案：本发明的一种催化装置，其包括压电振子，所述压电振子的两侧分别设有用于给压电振子施加偏压的上电极和下电极，所述上电极和下电极上固定连接有导线，导线连有与压电振子频率一致的驱动电路；所述上电极上设有用于发生雾化作用的微孔，所述微孔随压电振子共同振动；所述上电极和下电极的外表面包裹有用于隔绝液体的防水垫圈。

上述的催化装置中，通过外部驱动电路，将电信号转换成与压电振子谐振频率相匹配的信号，从而控制压电振子在一定频率驱动下会发生振动，上下表面会产生由形变引起的电势，电势驱动氧化还原反应进行生成活性自由基降解污染物；同时，通过在上电极上设置微孔，其降解的原理正是利用了强冲击微射流攻击污染物分子让其发生降解。实际运行过程中，在压电振子振动下，微孔附近处受到急速振动产生高强水压，可以使空化泡破裂产生速率为110m/s的微射流，从而攻击污染物使得污染物降解，因此整体催化装置同时包括了两种催化手段。

进一步的，所述微孔的直径为16～20mm。

进一步的，所述上电极覆盖整个压电振子的上表面，这样可以让上电极连同微孔更好的传递压电振子所发生的谐振运动。

本发明还保护催化装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将压电材料粉体与聚乙烯醇进行混合形成压电浆料，随后将浆料通过3D打印机喷射形成薄层并进行逐层堆积形成胚体，将打印得到后的坯体进行高温烧结得到压电振子；

步骤二、在压电振子的两侧胶粘金属层作为上电极和下电极，在上电极的中心位置开设微孔；

步骤三、在上电极和下电极的端部焊接导线，并在上电极和下电极的外部包裹防水垫圈，制备得到催化装置。

上述的制备方法中，采用3D打印技术将粉末状金属、陶瓷通过熔融粘接光固化等三维快速成型方式逐层构造物体，从而制备出形状复杂的压电振子，由于压电振子的微结构更加精确，从而大幅提高了压电振子的压电系数。同时，3D 打印技术在保证压电振子性能的同时，还可以在压电超声降解之后快速实现对装置的循环利用及回收。