Piezocatalytic and piezoelectric properties of P(VDF) and its copolymer/terpolymer films

Abstract

Nowadays, the release of colored organic pollutants such as Rhodamin B dye, resulting from industrial activities endanger the people, animals, and plants. Many methods have developed to destroy these harmful pollutants. Piezocatalysis, a newly used environmentally friendly method, takes advantage of the piezoelectric effect, and uses mechanical vibration to produce active species on opposite surfaces of matter for degradation of dye. In this study, piezocatalytic and piezoelectric properties of P(VDF) based homopolymer, copolymer and terpolymers were investigated. With the addition of 2nd and 3rd monomer to the homopolymer, observation of change in piezoelectric and piezocatalytic properties and removal efficiency of pollution in water, were aimed. P(VDF) homopolymer, P(VDF-TrFE) copolymers with composition of 55/45 and 50/50 mol%, and P(VDF-TrFE-CTFE) terpolymer with 62/31/7 mol% were synthesized by solution casting method. It was observed that the 2nd and 3rd monomer added to the homopolymer enhanced the piezoelectric properties and strain characteristics of the polymers. Maximum polarization and strain of terpolymer was observed as 11 µC/cm2 and 5.6 %, respectively. Due to the increase in piezoelectricity, a noticeable increase in piezocatalytic properties was observed. Terpolymer exhibited the highest and most efficient piezoelectric and piezocatalytic performance. P(VDF) homopolymer was reached 27% dye degradation efficiency. While copolymers with mol% 55/45 and 50/50, dye degradation efficiencies were 40% and 47%, respectively, terpolymer efficiency was 54%. From the dielectric measurements, within the transition region (49 mol% ≤ CVDF ≤ 55 mol%) of P(VDF-TrFE), both normal-ferroelectric and relaxor characteristics were observed. Terpolymer showed relaxor properties as expected.

Son zamanlarda, endüstriyel faaliyetlerden kaynaklanan Rodamin B boyar maddesi gibi renkli organik kirleticilerin salınımı, canlılar için bir tehlike oluşturmaktadır. Bu zararlı kirleticileri yok etmek için birçok yöntem geliştirilmiştir. Yeni kullanılmaya başlanan ve çevre dostu bir yöntem olan piezokataliz, piezoelektrik etkiden yararlanır ve boyanın bozunması için maddenin zıt yüzeylerinde aktif türler üretmek için mekanik titreşim kullanır. Bu çalışmada P(VDF) bazlı homopolimer, kopolimer ve terpolimerlerin piezokatalitik ve piezoelektrik özellikleri incelenmiştir. Homopolimere 2. ve 3. monomer eklenerek, piezoelektrik ve piezokatalitik özelliklerdeki değişimin ve sudaki kirliliği giderme etkinliğinin gözlenmesi amaçlanmıştır. P(VDF) homopolimer, molce %55/45 ve %50/50 bileşimine sahip P(VDF-TrFE) kopolimer ve molce %62/31/7 bileşimine sahip P(VDF-TrFE-CTFE) terpolimer, solüsyon döküm yöntemi ile sentezlenmiştir. Homopolimere eklenen 2. ve 3. monomerin, polimerlerin piezoelektrik özelliklerini ve gerinim özelliklerini arttırdığı gözlenmiştir. Böylece terpolimerin maksimum polarizasyonu 11 µC/cm2, gerilimi %5.6 olarak ölçülmüştür. Piezoelektrik özellikteki artış ile piezokatalitik özelliklerde de gözle görülür bir gelişim meydana gelmiştir. Terpolimer, en yüksek ve en verimli piezoelektrik ve piezokatalitik performansı sergilemiştir. P(VDF) homopolimerinde %27 boya bozunma verimine ulaşılmıştır. Molce %55/45 ve 50/50 olan kopolimerlerin boya bozunma verimleri sırasıyla %40 ve %47 iken, terpolimerin bozunma verimi %54 olmuştur. Ayrıca dielektrik ölçümlerinden, P(VDF-TrFE)'nin geçiş bölgesinde (molce %49 ≤ CVDF ≤ %55) içinde hem normal-ferroelektrik hem de relaxör ferroelektrik özellikler gözlenmiştir. Terpolimer beklendiği gibi relaxör özellikler göstermişti