La2NiMnO6改性柔性PVDF膜通过压电-接触电催化协同作用实现高效废水净化

针对纺织等行业染料废水处理的难题，研究人员开发了La2NiMnO6(LNMO)纳米颗粒改性的PVDF柔性膜，通过超声激发压电-接触电催化协同机制，120分钟内实现孔雀石绿(MG)染料95.78%的降解率。该研究创新性地结合PVDF的β相压电性与LNMO介电特性，揭示了超氧自由基(•O2?)和羟基自由基(•OH)主导的降解路径，为低能耗、可规模化水处理技术提供了新思路。

　　

随着纺织、皮革等工业的快速发展，含有孔雀石绿(MG)等有毒染料的废水排放已成为严峻的环境挑战。传统高级氧化工艺(AOPs)如光催化、芬顿反应等存在能耗高、金属资源消耗大等问题。近年来，压电催化技术因其能直接将机械能转化为化学能而备受关注，但现有材料普遍存在压电输出不足、催化剂团聚等问题。针对这一瓶颈，研究人员开发了一种创新型解决方案——将具有高介电常数的双钙钛矿La₂NiMnO₆(LNMO)纳米颗粒与聚偏氟乙烯(PVDF)的压电β相结合，构建柔性复合膜用于高效废水净化。

这项发表在《Journal of Water Process Engineering》的研究由Avinash Gangal等学者完成。研究团队通过溶液浇铸法制备了LNMO掺杂的PVDF膜，在40 kHz/150 W超声刺激下，利用压电-介电耦合效应产生约20 V的压电势，驱动活性氧物种(ROS)生成。X射线衍射(XRD)证实复合膜中β相结晶度提升，X射线光电子能谱(XPS)显示LNMO中Mn³⁺和Ni^2+/3+的混合价态协同增强催化活性。7 mg LNMO负载的PL7膜表现出最优性能，120分钟内降解效率达95.78%，速率常数k₁=0.02326 min^?1，且五次循环后仍保持40%活性。

关键技术包括：溶剂浇铸法制备柔性复合膜、超声辅助压电催化系统(40 kHz)、自由基捕获实验验证反应机制、XPS分析元素价态变化。

【材料表征】XRD和场发射扫描电镜(FE-SEM)显示LNMO纳米颗粒(～100 nm)均匀分散于PVDF基质，水接触角>120°证实疏水性增强。

【催化性能】PL7膜的伪一级动力学模型(R²=0.945)优于裸LNMO的伪二级动力学，证实膜结构对反应路径的调控作用。

【机制研究】自由基捕获实验表明•O₂^?和•OH是主要活性物种，PVDF的压电效应与LNMO介电极化产生空间屏蔽电荷，共同促进能带弯曲和电荷分离。

【可持续性】该方法直接响应联合国可持续发展目标(SDG 6和12)，无需外加光能或化学氧化剂，通过机械能激活实现绿色水处理。

结论部分强调，这种PVDF:LNMO复合膜通过β相PVDF与双钙钛矿的协同作用，创新性地解决了传统压电催化效率低、稳定性差的问题。研究不仅阐明了压电-介电耦合机制，更为开发可规模化、低能耗的水处理技术提供了新范式。未来研究将聚焦于处理水质的全面评估及工业化应用优化，推动该技术向实际工程转化。