本發(fā)明屬于水處理催化劑，涉及一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、傳統(tǒng)的fe2+/h2o2芬頓系統(tǒng)用于處理抗生素廢水由來已久。但是，傳統(tǒng)的fe2+/h2o2芬頓系統(tǒng)存在幾個(gè)明顯缺點(diǎn)：在處理過程中可能產(chǎn)生鐵離子沉淀，需要維持較低的ph范圍，并且需要持續(xù)添加fe2+和h2o2試劑。鑒于傳統(tǒng)fe2+/h2o2系統(tǒng)的局限性，類芬頓研究領(lǐng)域的學(xué)者們進(jìn)行了許多有益的探索，能夠在確保污染物去除效率的同時(shí)，克服傳統(tǒng)芬頓工藝的ph限制和鐵沉淀缺點(diǎn)。然而，大多數(shù)芬頓類反應(yīng)仍然依賴于外部添加的h2o2，這不僅造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，還可能引發(fā)過量添加的問題。

3、壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。這種電荷能夠與污染物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。這導(dǎo)致壓電效應(yīng)在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。鈦酸鋇(batio3)因晶體結(jié)構(gòu)無對稱中心，并且還具有很高的介電常數(shù)和較大的壓電系數(shù)，同時(shí)兼具較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是一類較為典型的壓電材料。然而鈦酸鋇雖然具備較好的物理、化學(xué)性質(zhì)，但是基于鈦酸鋇的壓電催化體系的催化效能有待進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明制備的壓電催化劑，在不外加h2o2和fe2+的條件下，成功構(gòu)建了壓電-芬頓體系，實(shí)現(xiàn)了對于抗生素類等有機(jī)污染物的高效降解。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、第一方面，一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑的制備方法，將納米batio3加入至三價(jià)鐵鹽溶液中并分散均勻，再超聲處理，然后加入沉淀劑使得三價(jià)鐵沉淀在納米batio3的表面獲得前驅(qū)體，在惰性氣氛條件下將前驅(qū)體加熱至300～350℃進(jìn)行煅燒，即得。

4、本發(fā)明通過上述浸漬-煅燒的方法將鐵氧化物摻雜至鈦酸鋇的表面，實(shí)現(xiàn)了鈦酸鋇的表面改性，能夠增強(qiáng)鈦酸鋇的壓電響應(yīng)。同時(shí)經(jīng)過結(jié)構(gòu)表征表明，上述方法在鈦酸鋇的表面摻雜的鐵種類包括fe2+、fe3+、feooh，而且鈦酸鋇在超聲驅(qū)動下能夠原為產(chǎn)生過氧化氫，而鈦酸鋇表面的fe2+能夠與超聲的產(chǎn)生的過氧化氫構(gòu)成芬頓體系，從而能夠通過超聲驅(qū)動，在不外加h2o2和fe2+的條件下，構(gòu)建壓電-芬頓體系，實(shí)現(xiàn)對抗生素類等有機(jī)污染物的高效降解。

5、另一方面，一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑，由上述制備方法獲得。

6、第三方面，一種上述基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑在壓電催化處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用。

7、本發(fā)明的有益效果為：

8、本發(fā)明通過浸漬-煅燒的方法將鐵氧化物以納米態(tài)的形式與納米鈦酸鋇進(jìn)行摻雜，制備了鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑(fe-batio3)，大大增強(qiáng)了batio3的壓電響應(yīng)。在不外加h2o2和fe2+的條件下，成功構(gòu)建了壓電-芬頓體系，可以利用壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)h2o2的生成并使芬頓反應(yīng)得以進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和利用。

9、本發(fā)明引入外源性金屬元素鐵來改性batio3，首先改進(jìn)了batio3的壓電催化效能，并且充分利用了原本batio3在壓電過程當(dāng)中常被忽視的原位產(chǎn)生的h2o2。盡管batio3本身的壓電催化效能較低，但是本發(fā)明通過引入外源性金屬元素鐵來改性batio3，成功實(shí)現(xiàn)了表面改性，改變了材料內(nèi)部的應(yīng)變點(diǎn)，并顯著增強(qiáng)了其壓電響應(yīng)，使其能夠高效降解污染物。

10、與傳統(tǒng)fe2+/h2o2芬頓系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑通過超聲驅(qū)動，不僅具備fe-batio3壓電催化降解效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，還應(yīng)當(dāng)克服傳統(tǒng)fe2+/h2o2芬頓系統(tǒng)的缺點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑的制備方法，其特征是，將納米batio3加入至三價(jià)鐵鹽溶液中并分散均勻，再超聲處理，然后加入沉淀劑使得三價(jià)鐵沉淀在納米batio3的表面獲得前驅(qū)體，在惰性氣氛條件下將前驅(qū)體加熱至300～350℃進(jìn)行煅燒，即得。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，納米batio3與三價(jià)鐵鹽的摩爾比為1:0.5～3；

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，所述沉淀劑為苛性堿或氨水。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，采用錫紙將前驅(qū)體包裹后進(jìn)行煅燒。

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，煅燒的時(shí)間為2～4h；

6.一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑，其特征是，由權(quán)利要求1～5任一所述的制備方法獲得。

7.一種權(quán)利要求6所述的基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電-芬頓催化劑在壓電催化處理有機(jī)廢水中的應(yīng)用。

8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征是，所述有機(jī)廢水中含有抗生素、卡馬西平、雙酚a、甲基橙、羅丹明b、酸性藍(lán)中的一種或多種。

9.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征是，將所述壓電-芬頓催化劑加入至待處理的有機(jī)廢水中，超聲處理。

10.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征是，超聲處理時(shí)，處理體系的ph值為5～9；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于水處理催化劑技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于鐵摻雜鈦酸鋇的壓電?芬頓催化劑及其制備方法與應(yīng)用。將納米BaTiO<subgt;3</subgt;加入至三價(jià)鐵鹽溶液中并分散均勻，再超聲處理，然后加入沉淀劑使得三價(jià)鐵沉淀在納米BaTiO<subgt;3</subgt;的表面獲得前驅(qū)體，在惰性氣氛條件下將前驅(qū)體加熱至300～350℃進(jìn)行煅燒，即得。本發(fā)明制備的壓電催化劑，在不外加H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;和Fe<supgt;2+</supgt;的條件下，成功構(gòu)建了壓電?芬頓體系，實(shí)現(xiàn)了對于抗生素類等有機(jī)污染物的高效降解。

技術(shù)研發(fā)人員：黃理輝,劉帥,王雪瑤,孔令帥,付融冰,肖愉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15