專利名稱：三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化凈水處理裝置，尤其涉及一種三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置。
背景技術(shù)：
光催化氧化技術(shù)因其工藝簡單，操作條件容易控制，可快速有效降解污染物且無二次污染而在環(huán)境保護和化學化工等領(lǐng)域占據(jù)重要地位。用于光催化降解環(huán)境污染物的光催化劑多為n型半導體材料，其中二氧化鈦因其活性高、穩(wěn)定性好、對人體無害而成為最受重視的一種光催化劑。目前，納米粉、薄膜和負載型等二氧化鈦的應用形式存在難以克服的缺陷。懸浮相納米粉催化劑分離回收困難，薄膜和負載光催化劑光量子利用率低，催化劑易脫落。而二氧化鈦纖維光催化劑為解決上述問題提供了全新的途徑。它將催化活性組分和基體融合成一體，在不降低催化活性的前提下，又使其易于回收再利用。綜合來看，降低了成本，減少了消耗?？傊趸伬w維作為光催化劑有諸多優(yōu)點活性高，強度高，韌性好，無毒、害，成本低，可實現(xiàn)三維編織且耐水流沖擊負荷高。但以二氧化鈦纖維為光催化劑的光催化工藝仍存在一些問題，如缺乏成型的二氧化鈦纖維光催化反應器裝置，對光的利用率低，反應速度慢等，制約了光催化這項實用性很強的技術(shù)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。由此可見，研制開發(fā)與二氧化鈦纖維配套的光催化凈水處理裝置勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前缺乏成型的二氧化鈦纖維光催化反應器裝置，影響了光催化技術(shù)發(fā)展等問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，以二氧化鈦纖維為光催化劑，以光導纖維為導光介質(zhì)，通過光導纖維將太陽光導入該裝置，作為二氧化鈦纖維的激發(fā)源，使污水與催化劑在光源的激發(fā)下有效反應，達到去除污染物目的等優(yōu)點的三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置，它包括有機玻璃外筒，其側(cè)面底部設(shè)有進水口，另一側(cè)上部設(shè)有出水口，所述有機玻璃外筒內(nèi)安裝至少兩個相互套裝的異徑等高的鋁制網(wǎng)狀筒，在相鄰兩個鋁制網(wǎng)狀筒間的夾層由光導纖維束)和三維二氧化鈦纖維層復合組成，同時在有機玻璃外筒上端面設(shè)有聚光裝置。
所述夾層組成為，光導纖維束由螺旋部分和直線部分組成，其中螺旋的尾端將光導纖維沿直線引至有機玻璃外筒上端面，在螺旋部分的兩側(cè)各附上至少一層三維二氧化鈦纖維層。
所述三維二氧化鈦纖維層構(gòu)成為它包括四層二氧化鈦纖維，在第一層二氧化鈦纖維的基礎(chǔ)上繼續(xù)附著第二層二氧化鈦纖維，其疏密度不同于第一層二氧化鈦纖維，且相互交叉；然后按第二層的方式，附著第三層二氧化鈦纖維，其與第二層二氧化鈦纖維又相互交叉，且疏密度不同；第四層纖維層按第一層二氧化鈦纖維方式布置，并與第三層二氧化鈦纖維又相互交叉，且疏密度不同，如此附著四次，形成相互交叉，疏密度不同，外密內(nèi)疏的三維二氧化鈦纖維層。
所述聚光裝置為凸透鏡，它與光導纖維束的直線部分末端端面的距離為透鏡的焦距。
本發(fā)明將二氧化鈦纖維與光導纖維組合用于光催化污水處理裝置，包括有機玻璃外筒，聚光裝置，大小兩個鋁制的網(wǎng)狀筒，光導纖維束(包括螺旋部分和直線部分)，三維二氧化鈦纖維層。在光導纖維束螺旋部分形成的管內(nèi)壁和外壁鋪滿二氧化鈦纖維，形成夾層。用直徑不同的兩個網(wǎng)狀鋁筒將上述夾層固定，再將上述固定好的夾套整體置于底端封閉的有機玻璃筒中，玻璃筒的上端面設(shè)有聚光裝置。出水口設(shè)在玻璃筒的一側(cè)，進水口設(shè)在有機玻璃筒側(cè)面的底部。
該裝置運行時，污水由進水口進入。通過聚光裝置和光導纖維束，將光導入裝置的內(nèi)部，二氧化鈦纖維充分利用分光的能量，以此為激發(fā)源，進行光催化氧化反應，從而快速有效降解污染物，使污水得到凈化，最后由出水口排出。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點①通過聚光裝置和螺旋狀的光導纖維束，使太陽光進入裝置內(nèi)部，從而提高了太陽光的利用率。
②光催化劑二氧化鈦纖維強度高，韌性好，在此裝置中被固定成型，進一步提高其耐水流沖擊負荷的能力。
③此二氧化鈦纖維光催化裝置能快速有效降解水中污染物，達到消毒，脫色，直至礦化的目的。
④該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護方便。
⑤光催化劑二氧化鈦纖維活性高，無毒、害，成本低，無二次污染。


附圖為實用新型的側(cè)面示意圖。
圖中，1、有機玻璃外筒，2、鋁制網(wǎng)狀筒，3、光導纖維束，4、三維二氧化鈦纖維層，5、聚光裝置，6、出水口，7、進水口。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示它包括有機玻璃筒1，其內(nèi)安裝兩個異徑套裝等高的兩個鋁制網(wǎng)狀筒2，兩鋁制網(wǎng)狀筒2間為光導纖維束3和三維二氧化鈦纖維層4復合而成的夾層。
其中3分為兩部分，即螺旋部分和直線部分，在螺旋的尾端將光導纖維沿直線引至有機玻璃筒1上端面；三維二氧化鈦纖維層4的制作方法為將粘度為4～6Pa·s的二氧化鈦前驅(qū)體紡絲液倒入離心管中，離心管固定在旋轉(zhuǎn)模具上，開啟旋轉(zhuǎn)模具，轉(zhuǎn)速為6000r/min，使之以0.3m/min的速度沿收集裝置的中心軸平移，移動范圍為接收裝置的長度，于是在收集裝置內(nèi)壁上附著一層二氧化鈦纖維，并具有一定的疏密度，該收集裝置是一個半打開式的圓柱形鋁制網(wǎng)狀筒。改變旋轉(zhuǎn)角度，使模具以偏轉(zhuǎn)收集裝置中心軸的角度繼續(xù)甩絲，移動速度為0.5m/min，移動范圍仍為收集裝置的長度，于是在第一層二氧化鈦纖維的基礎(chǔ)上繼續(xù)附著第二層二氧化鈦纖維，其疏密度不同于第一層二氧化鈦纖維，且相互交叉。旋轉(zhuǎn)角度仍為20度，但偏離中心軸的方向與上述偏轉(zhuǎn)方向相反，以0.5m/min的速度沿圓柱形鋁制網(wǎng)狀收集裝置的中心軸平移，再次甩絲，則第三層與第二層纖維又相互交叉。第四纖維層的甩絲方式與第一次甩絲方式相同。如此甩絲四次，使附著于收集裝置上的二氧化鈦纖維前驅(qū)體相互交叉，疏密度不同，從而獲得三維外密內(nèi)疏的二氧化鈦纖維層；然后將收集裝置打開，取出TiO2纖維前驅(qū)體置于程序升溫爐中，采用特殊的程序升溫熱處理活化工藝對其進行室溫～700℃的水蒸汽熱處理，從而制得催化活性高且耐水流沖擊負荷高的納米TiO2連續(xù)纖維層。將制得的納米TiO2纖維層均勻鋪展在光導纖維束3的螺旋部分內(nèi)外兩側(cè)，形成夾層，大小兩個鋁制網(wǎng)狀筒2將夾層固定，再將它們組成的整體放在有機玻璃筒1中。
有機玻璃筒1的上端面設(shè)有出水口6和聚光裝置5，側(cè)面的底部設(shè)有進水口7。聚光裝置5為一個凸透鏡，該透鏡與光導纖維束3的直線部分末端端面的距離為透鏡的焦距大小，這樣光導纖維可接收最大強度的光。
該裝置運行時，污水由進水口7進入有機玻璃筒1中，液面逐漸上升，污水充滿整個玻璃筒，在上升過程中與光催化劑充分接觸。在聚光裝置5的作用下，進入光導纖維的光強增加，螺旋狀的光導纖維束3能使部分在纖維中傳導的光從光導纖維的側(cè)壁漏出，夾在光導纖維束3兩側(cè)的三維二氧化鈦纖維層4既能充分利用這部分漏出的光，又與污水有充分的接觸，故能產(chǎn)生較好的污水處理效果，最后水由出水口6排出。
權(quán)利要求
1.一種三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置，它包括有機玻璃外筒(1)，其側(cè)面底部設(shè)有進水口(7)，另一側(cè)上部設(shè)有出水口(6)，其特征是所述有機玻璃外筒(1)內(nèi)安裝至少兩個相互套裝的異徑等高的鋁制網(wǎng)狀筒(2)，在相鄰兩個鋁制網(wǎng)狀筒(2)間的夾層由光導纖維束(3)和三維二氧化鈦纖維層(4)復合組成，同時在有機玻璃外筒(1)上端面設(shè)有聚光裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置，其特征是所述夾層組成為，光導纖維束(3)由螺旋部分和直線部分組成，其中螺旋的尾端將光導纖維沿直線引至有機玻璃外筒(1)上端面，在螺旋部分的兩側(cè)各附上至少一層三維二氧化鈦纖維層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置，其特征是所述三維二氧化鈦纖維層(4)構(gòu)成為它包括四層二氧化鈦纖維，在第一層二氧化鈦纖維的基礎(chǔ)上繼續(xù)附著第二層二氧化鈦纖維，其疏密度不同于第一層二氧化鈦纖維，且相互交叉；然后按第二層的方式，附著第三層二氧化鈦纖維，其與第二層二氧化鈦纖維又相互交叉，且疏密度不同；第四層纖維層按第一層二氧化鈦纖維方式布置，并與第三層二氧化鈦纖維又相互交叉，且疏密度不同，如此附著四次，形成相互交叉，疏密度不同，三維外密內(nèi)疏的二氧化鈦纖維層(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置，其特征是所述聚光裝置(5)為凸透鏡，它與光導纖維束(3)的直線部分末端端面的距離為透鏡的焦距。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維二氧化鈦纖維層光催化凈水處理裝置。它解決了目前缺乏成型的二氧化鈦纖維光催化反應器裝置，影響了光催化技術(shù)發(fā)展等問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，以二氧化鈦纖維為光催化劑，以光導纖維為導光介質(zhì)，通過光導纖維將太陽光導入該裝置，作為二氧化鈦纖維的激發(fā)源，使污水與催化劑在光源的激發(fā)下有效反應，達到去除污染物目的等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)為它包括有機玻璃外筒，其側(cè)面底部設(shè)有進水口，另一側(cè)上部設(shè)有出水口，所述有機玻璃外筒內(nèi)安裝至少兩個相互套裝的異徑等高的鋁制網(wǎng)狀筒，在相鄰兩個鋁制網(wǎng)狀筒間的夾層由光導纖維束和三維二氧化鈦纖維層復合組成，同時在有機玻璃外筒上端面設(shè)有聚光裝置。
文檔編號C02F1/72GK101049992SQ20071001551
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月9日
發(fā)明者包南, 馬志會, 孟凡琳, 劉鑫, 劉峰, 魏振濤 申請人:山東大學