專利名稱：一種用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置，主要用于光催化劑性能評價及降解有機(jī)污染物的動力學(xué)研究。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，尤其是水體污染問題成為了人們所關(guān)注的焦點問題之一。隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的快速發(fā)展，排放到水體中的難降解有毒有機(jī)污染物的種類越來越多，成分也越來越復(fù)雜。盡管目前已經(jīng)有大量的污水處理設(shè)備應(yīng)用于水污染的治理，也取得了一定的治理效果，但隨著污水量的增加和難降解有毒有機(jī)污染物種類的增多，常規(guī)的污水處理技術(shù)包括物理法(吸附、超濾)、化學(xué)法(化學(xué)氧化法、生物化學(xué)處理法、物理化學(xué)法)、生物法等(如吸附、活性污泥等)在污水處理方面仍存在很大的局限性，如成本高、處理不徹底、污水排放不達(dá)標(biāo)等，特別是一些難降解有毒有機(jī)污染物難以被有效去除。因此，污水凈化技術(shù)及裝置的研究已經(jīng)成為目前研究的熱點。自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)利用半導(dǎo)體金屬氧化物TW2單晶電極可見光分解水以來，光催化氧化技術(shù)在環(huán)境治理方面引起了人們的廣泛關(guān)注與研究。與常規(guī)的污水處理技術(shù)相比，光催化氧化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、選擇性不高、操作簡便、處理徹底、毒性中間產(chǎn)物少等優(yōu)點，是水處理領(lǐng)域中一項比較重要的高級氧化技術(shù)?，F(xiàn)有的很多光催化處理裝置普遍存在光能利用效率低、裝置復(fù)雜、成本高昂等問題，直接影響了光催化技術(shù)在工業(yè)化污水治理方面應(yīng)用的前景，因此研制結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、光利用率高及光催化劑性能能夠得到充分發(fā)揮的光催化處理裝置是當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究重點。而研制利用光催化技術(shù)治理污水的裝置，其核心在于光催化處理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。目前，對光催化處理裝置尚缺少明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)光催化處理裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)以及催化劑在處理裝置中存在形式和應(yīng)用情況的不同，光催化處理裝置主要分為固定式和懸浮式兩類。固定床式反應(yīng)器中催化劑顆?；虼呋瘎┕潭ぴ诜磻?yīng)器內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，與光和空氣及液相中的反應(yīng)物接觸面積小，反應(yīng)速度和處理量都受到很大限制； 懸浮式反應(yīng)器中催化劑顆粒懸浮在氣液混合物中，增加了催化劑與氣液兩相的接觸面積， 使得有效光照面積增加，光催化效率有了明顯提高。但目前已有的懸浮式反應(yīng)器只能單次處理一種或兩種樣品，而這些光催化反應(yīng)器在實驗室研究和工程應(yīng)用上，它們大都存在光能利用效率低、難以單次批量實驗、裝置復(fù)雜的缺點，而通過設(shè)計研制多點位光催化反應(yīng)裝置則能有效避免這些問題，具有良好的應(yīng)用前景。同時多點位光催化反應(yīng)裝置在水處理方面的開發(fā)尚處于起步階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以批量進(jìn)行光催化反應(yīng)、工藝結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、高效的多點位光催化反應(yīng)裝置。本發(fā)明是通過采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)上述發(fā)明目的。此用于水處理的多點位
3光催化反應(yīng)裝置包括光催化反應(yīng)室、磁力攪拌調(diào)速器和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；所述光催化反應(yīng)室包括避光外罩、可替換截止濾光片凹槽、散熱通風(fēng)扇、氙燈/汞燈光源及多點位反應(yīng)容器固定板；所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)泵和紅銅、橡膠管線；光催化反應(yīng)室放置于磁力攪拌調(diào)速器上；光催化反應(yīng)室下部鋪設(shè)有銅質(zhì)管線，銅管通過橡膠管線連接在冷卻水循環(huán)泵上，反應(yīng)室水槽內(nèi)保持30. Omm的水位高以控制反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)液溫度；光催化反應(yīng)室水面上部15. Omm處平置一塊多點位反應(yīng)容器固定板，固定板圓孔內(nèi)放置反應(yīng)燒杯，用以固定反應(yīng)燒杯位置；光催化反應(yīng)室頂部放置氙燈/汞燈光源，光源下部的抽拉凹槽用于放置平板玻璃或者截止濾光片，以獲得一定波長的光，光源兩側(cè)裝有散熱通風(fēng)扇來降低光催化反應(yīng)室溫度；光催化反應(yīng)室避光外罩三面密封，一面可向外拉起，用于實驗采樣。本發(fā)明的研究裝置中，所述光催化反應(yīng)室避光外罩的材質(zhì)為不銹鋼，多點位反應(yīng)容器固定板材質(zhì)為耐高溫、抗酸堿聚四氟乙烯，反應(yīng)燒杯材質(zhì)為有機(jī)玻璃，或聚乙烯PE，或聚丙烯PP。本發(fā)明的研究裝置中，采用多點磁力攪拌的催化劑分散方式。本發(fā)明的研究裝置中，可根據(jù)實驗需要迅速的更換所需光源，所述光源分別為輻射波長范圍為190-1900nm，功率為1000W的長弧氙燈和主波長為365nm，功率為1000W的高
壓汞燈。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、利用多點位磁力攪拌調(diào)速器和多點位反應(yīng)容器固定板實現(xiàn)了批量進(jìn)行光催化反應(yīng)研究的目的，能耗低，效率高；2、光源下部的抽拉凹槽放置不同的截止濾光片可得到不同波長的光；3、光催化室內(nèi)光強(qiáng)分布均勻，密閉系統(tǒng)避免了外部的干擾，且反應(yīng)液溫度可控，評價指標(biāo)穩(wěn)定；4、反應(yīng)裝置光源系統(tǒng)靈活可調(diào)，能適合不同光源需求，且樣品采樣簡單。


圖1為用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置示意圖；其中，1-磁力攪拌調(diào)速器； 2-光催化反應(yīng)室避光外罩開門提手；3-光催化反應(yīng)室水槽；4-光催化反應(yīng)室避光外罩； 5-可替換截止濾光片凹槽；6-散熱通風(fēng)扇；7-氙燈/汞燈光源；8-燈罩。圖2為用于水處理的多點位光催化反應(yīng)研究裝置側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-磁力攪拌調(diào)速器；3-光催化反應(yīng)室水槽；4-光催化反應(yīng)室避光外罩；5-可替換截止濾光片凹槽；6-散熱通風(fēng)扇；7-氙燈/汞燈光源；8-燈罩；9-冷卻水銅質(zhì)管線。圖3為用于水處理的多點位光催化反應(yīng)研究裝置光催化反應(yīng)室俯視圖；其中， 1-磁力攪拌調(diào)速器；9-冷卻水銅質(zhì)管線；10-多點位反應(yīng)容器固定板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述整體結(jié)構(gòu)見圖1。在圖中各符號的含義為1-磁力攪拌調(diào)速器、2-光催化反應(yīng)室避光外罩開門提手、3-光催化反應(yīng)室水槽、4-光催化反應(yīng)室避光外罩、5-可替換截止濾光片凹槽、6-散熱通風(fēng)扇、7-氙燈/汞燈光源、8-燈罩。
1、磁力攪拌調(diào)速器為多點位(12點)磁力攪拌調(diào)速器(IKA-R015，200-240V, 20W)， 長度為550. Omm,寬度為270. 0mm，冷卻水銅質(zhì)管線間距為72. 0mm。如圖3。2、光催化反應(yīng)室為不銹鋼材質(zhì)。底部水槽3長度為460. Omm,寬度為300. Omm,高度為60. Omm ；光催化反應(yīng)室避光外罩4垂直高度(水槽上部至可替換截止濾光片凹槽下部) 為 100. 0mm。如圖 1。3、可替換截止濾光片凹槽4長度為210. Omm,寬度為160. Omm,高度為10. Omm ；通風(fēng)散熱部分高度為40. Omm,兩側(cè)各有2個散熱通風(fēng)扇窗口，每個散熱通風(fēng)扇窗口口徑為 Φ40. Omm ；光源燈罩7為鋁制材料，為半橢圓形，高度為60. Omm ；冷卻水銅質(zhì)管線9兩端連接于冷卻水循環(huán)泵，銅質(zhì)管線管徑為Φ8. 0mm。如圖2。如圖1，光催化反應(yīng)室水槽內(nèi)3加入30. Omm高的水位，打開冷卻水系統(tǒng)，設(shè)定恒溫 25°C，保持光催化反應(yīng)室水槽內(nèi)水溫恒定。然后把9個燒杯按磁力攪拌點位位置放入水槽內(nèi)，在可替換截止濾光片凹槽5內(nèi)放入400nm截止濾光片，打開散熱通風(fēng)扇6和磁力攪拌調(diào)速器1，最后開啟氙燈7。在攪拌過程中，光催化劑吸收光能而被激活，開始對污染物進(jìn)行降解。經(jīng)過一定時間的反應(yīng)，拉起光催化反應(yīng)室避光外罩開門提手采集樣品，由液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀分析得出各燒杯中污染物液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析譜圖，進(jìn)而得出污染物的降解率。實施例1本實施方式中，實驗材料為初始濃度為100 μ g/L的全氟辛烷磺酸鹽(PFOS)水溶液和自制的鍶摻雜鈦酸鉍可見光催化劑。9個IOOml聚丙烯塑料燒杯中各裝入80ml的PFOS 水溶液和0. Ig的鍶摻雜鈦酸鉍可見光催化劑，磁力攪拌使催化劑與反應(yīng)液均勻混合，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在(20士2)度，氙燈強(qiáng)度為1000W。經(jīng)過3小時的反應(yīng)，PFOS降解率達(dá)到了 70%，且各燒杯中污染物的降解率標(biāo)準(zhǔn)偏差為2. 8%。由此說明平行樣分析效果理想，裝置可以提供很好的平行樣分析條件。實施例2由可靠的平行樣分析結(jié)果評價不同光催化劑的光催化性能。使用初始濃度為 100 μ g/L的PFOS水溶液，自制的9種(鈦、釩、錳、鐵、鉻、鎢、鎳、銻、鍶)摻雜鈦酸鉍可見光催化劑。9個IOOml聚丙烯塑料燒杯中各裝入80ml的PFOS水溶液和0. Ig的不同種摻雜鈦酸鉍可見光催化劑，磁力攪拌使催化劑與反應(yīng)液均勻混合，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在OO士2)度，氙燈強(qiáng)度為1000W。經(jīng)過3小時的反應(yīng)，PFOS降解率分別是0^,80%，0%， 5%，0%，5%，10%，5%，65%。由此可見，多點位光催化反應(yīng)研究裝置可單次評價多種光催化劑的光催化性能，光利用效率高、平均能耗低，且分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。實施例3使用鈦酸鉍可見光催化劑對染料結(jié)晶紫和五氯酚進(jìn)行降解，在2個IOOml玻璃燒杯中各裝入80ml的lmg/L的染料結(jié)晶紫和五氯酚溶液，每個燒杯中添加0. Ig的鈦酸鉍可見光催化劑，磁力攪拌使催化劑與反應(yīng)液均勻混合，反應(yīng)液的溫度通過水浴保持在 (20士2) °C，氙燈強(qiáng)度為1000W。反應(yīng)3小時后，染料和五氯酚的降解率分別達(dá)到了 90%和 84%。
權(quán)利要求
1.一種用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置，其特征在于包括光催化反應(yīng)室、磁力攪拌調(diào)速器和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；所述光催化反應(yīng)室包括避光外罩4、可替換截止濾光片凹槽5、散熱通風(fēng)扇6、氙燈/汞燈光源7及多點位反應(yīng)容器固定板10 ；所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)泵和紅銅、橡膠管線；光催化反應(yīng)室置于磁力攪拌調(diào)速器1上；其下部鋪設(shè)有銅質(zhì)管線9，銅管通過橡膠管線連接在冷卻水循環(huán)泵上，光催化反應(yīng)室水槽3中保持30. Omm 的水位高以控制反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)液的溫度；在反應(yīng)室水面上部15. Omm處平置一塊多點位反應(yīng)容器固定板，將反應(yīng)燒杯置于固定板圓孔內(nèi)，用以固定反應(yīng)燒杯的位置；光催化反應(yīng)室頂部放置氙燈/汞燈光源，光源下部的抽拉凹槽用于放置平板玻璃或者截止濾光片，以獲得一定波長的光，光源兩側(cè)裝有散熱通風(fēng)扇用以降低光催化反應(yīng)室的溫度；光催化反應(yīng)室避光外罩三面密封，一面可向外拉起，用于實驗中采樣需要，同時避免了短波紫外光對人體的傷害。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置，其特征在于所述光催化反應(yīng)室避光外罩的材質(zhì)為不銹鋼，多點位反應(yīng)容器固定板材質(zhì)為耐高溫、抗酸堿的聚四氟乙烯，反應(yīng)燒杯材質(zhì)為有機(jī)玻璃，或聚乙烯PE，或聚丙烯PP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置，其特征在于采用多點磁力攪拌的催化劑分散方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置，其特征在于可根據(jù)實驗需要迅速地更換所需光源，所述光源分別為輻射波長范圍為190-1900nm，功率為 IOOOff的長弧氙燈和主波長為365nm，功率為1000W的高壓汞燈。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種用于水處理的多點位光催化反應(yīng)裝置。該裝置包括光催化反應(yīng)室、磁力攪拌調(diào)速器和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；所述光催化反應(yīng)室包括光催化反應(yīng)室避光外罩、氙燈/汞燈光源、可替換截止濾光片、多點位反應(yīng)容器固定板、反應(yīng)燒杯及散熱通風(fēng)扇；所述冷卻水循環(huán)系統(tǒng)主要包括冷卻水循環(huán)泵以及紅銅和橡膠管線。本發(fā)明主要用于光催化劑性能評價及光催化降解有機(jī)污染物的動力學(xué)研究。該發(fā)明提供了一種可以進(jìn)行批量光催化反應(yīng)研究的多點位光催化反應(yīng)裝置，同時該裝置具有工藝結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、高效的優(yōu)點。
文檔編號C02F1/30GK102424450SQ20111031795
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者丁士元, 代云容, 牛軍峰 申請人:北京師范大學(xué)