[發明專利]一種曝氣增強壓電螺旋電極對活化PMS、產電和污染物降解的方法

有效

• 申請號: 202011067122.4
• 申請日: 2020-10-05
• 公開（公告）號: CN112429814B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 柳麗芬;許琳
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/30
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 劉秋彤;梅洪玉

本發明提供了一種曝氣增強壓電螺旋電極對活化PMS、產電和污染物降解的方法，屬于廢水處理技術領域。通過一步水熱法制備Fe?MoS₂/CC壓電催化電極，進一步旋擰電極平面轉角得到壓電螺旋催化電極，基于此電極構建壓電燃料電池耦合曝氣、光催化激活PMS體系。該體系利用曝氣擾動作用提升電極功率密度至1.2mW/m²，并在60min去除90％左右黃連素，具有良好的產電性和催化活性，能夠實現以較低成本，較簡單的擾動方法，更高效、綠色地激活PMS，達到去除污染物和殺菌的目的，在催化材料和高級氧化處理廢水領域具有良好應用前景。

技術領域

本發明提供了一種用于污染控制的擾動增強產電的壓電催化電極的制備及應用方法，屬于廢水處理技術領域，涉及到壓電螺旋催化電極的制備，特別涉及到擾動曝氣增強產電的壓電催化燃料電池耦合光催化激活過硫酸鹽(PMS)去除水體中污染物的方法。

背景技術

壓電現象是一種介于材料力學和電學特性之間的物理現象，壓電材料在風、潮汐、聲、大氣壓等環境作用力作用下發生機械變形，正電荷和負電荷在材料表面產生和積累，這些豐富的局部電荷可被直接用于誘導電化學氧化還原反應，即壓電催化。

MoS₂由于其在壓電領域的特殊性能，得到了廣泛的關注。奇數層的MoS₂納米片由于具有非中心對稱結構而表現出壓電效應，一旦受到外力，MoS₂納米片內部會立即形成電場，迫使電子和空穴反向運動，并分別積累在納米片兩側進而引發催化反應。壓電催化是一種綠色便捷的催化方法，但由于壓電材料存在催化效率低的問題，因此本發明設計并構建壓電燃料電池及其耦合體系來提高壓電材料對污染物的去除效率。

近年來，高級氧化技術(AOP)作為處理難降解有機污染物的有效手段受到人們的廣泛關注。其中基于PMS的AOP被認為是一種實際應用性很強的處理方法，因為它不僅可在被活化后生成大量強氧化性活性物種，而且其本身具有穩定性高、成本低和產物溫和等特點。從電子轉移的角度來看，壓電材料可利用局部壓電電荷通過電子轉移過程破壞PMS的O-O鍵，從而起到激活PMS的作用，較傳統激活方法如熱激活更為溫和和低成本。因此本發明將壓電燃料電池與PMS耦合，提高體系的處理能力。同時由于MoS₂具有光催化活性，為進一步提升體系處理能力和PMS激活效率，本發明將壓電燃料電池與光催化耦合激活PMS來去除水體中污染物及殺滅微生物。

本發明首次將MoS₂引入催化螺旋電極，通過一步水熱法將MoS₂原位生長于碳纖維布(CC)電極上，并摻雜Fe元素進一步提高其催化活性，同時通過旋擰電極平面轉角制備壓電螺旋催化電極增強其對機械外力感應的靈敏性從而進一步提升其壓電性能。利用曝氣作為機械外力提供者，應用該壓電螺旋催化電極構建壓電燃料電池并耦合光催化增強對PMS的活化作用。將該體系應用于廢水中難降解污染物的去除及水體致病微生物的殺滅，可實現廢水的資源化與能源化，目前未見關于該螺旋催化壓電電極以及該耦合體系的報道。

發明內容

本發明針對壓電材料催化效率低的問題，提出性能良好的負載Fe-MoS₂催化劑的螺旋催化電極的制備方法以及壓電燃料電池耦合曝氣、光催化增強PMS活化的體系的構建方法。該體系具備優良壓電催化活性和光催化活性，達到曝氣擾動增強壓電及其催化作用、耦合光催化作用、活化PMS作用去除廢水中難降解污染物的目的，同時對簡便溫和激活PMS的方法研究提供借鑒。

本發明的技術方案：

一種曝氣增強壓電螺旋電極對活化PMS、產電和污染物降解的方法

(1)Fe-MoS₂/CC壓電螺旋催化電極的制備