本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦膜光催化系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域；具體涉及一種采用特殊方法制備二氧化鈦薄膜用于光催化系統(tǒng)處理高濃度有機(jī)廢水。

背景技術(shù)：

近年來，光催化技術(shù)作為新型的高級(jí)處理技術(shù)，因其反應(yīng)快、礦化率高、不產(chǎn)生二次污染、運(yùn)行簡單以及運(yùn)營維護(hù)成本低等優(yōu)勢成為研究的熱點(diǎn)。

在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，二氧化鈦因綠色無毒、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光催化效率高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。二氧化鈦在紫外光照射下能夠產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的空穴、羥基自由基、超氧離子自由基、超氧羥基自由基等，能快速無選擇性地將大多數(shù)有機(jī)污染物氧化至最終產(chǎn)物CO₂和H₂O，不產(chǎn)生二次污染。二氧化鈦半導(dǎo)體光催化反應(yīng)系統(tǒng)，操作簡單，能耗低，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益顯著，因此在工業(yè)水處理方面前景廣闊，更是備受重視和關(guān)注。但是，二氧化鈦的傳統(tǒng)應(yīng)用形式主要是納米粉末和薄膜兩種，均存在一定的缺陷。如粉末形態(tài)的二氧化鈦，在污水反應(yīng)后很難跟水分離回收困難，而且由于高濃度有機(jī)廢水透光性很差，會(huì)造成粉末形態(tài)的二氧化鈦對光的利用率極低，因而傳統(tǒng)粉末態(tài)光催化技術(shù)無法對高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行有效處理；二氧化鈦薄膜技術(shù)可以解決光催化劑與水的分離難題，但是大部分二氧化鈦薄膜的制備方法，如CN 102828158A和CN104701017A等專利，成本高，方法復(fù)雜，大大限制了其工業(yè)化應(yīng)用。因此，開發(fā)一種固定效果好、便于制備的二氧化鈦薄膜，最大限度地利用紫外光，并將二氧化鈦薄膜組件應(yīng)用于廢水處理尤其是高濃度有機(jī)廢水的處理中是目前研究的重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，能夠?qū)⒍趸伖獯呋瘎佑行Ч潭?，消除或縮短二氧化鈦薄膜在無紫外光照射時(shí)工作盲區(qū)，該系統(tǒng)可應(yīng)用于處理高濃度難降解有機(jī)廢水。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，包括有機(jī)玻璃筒和蠕動(dòng)泵；所述有機(jī)玻璃筒側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口，底部設(shè)置有出水口，所述進(jìn)水口和出水口分別與蠕動(dòng)泵的兩端連接；所述有機(jī)玻璃筒內(nèi)設(shè)置有若干玻璃管，每個(gè)玻璃管內(nèi)均設(shè)置有條形鋁基板；所述玻璃管為外壁涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管；所述條形鋁基板上設(shè)置有若干紫外燈珠；所述紫外燈珠與穩(wěn)壓電源連接。

優(yōu)選地，所述有機(jī)玻璃筒頂端設(shè)置有蓋板，所述蓋板上設(shè)置有用于固定玻璃管的圓孔。

優(yōu)選地，所述圓孔的數(shù)量為6-8個(gè)，圓孔和玻璃管的孔徑均為15-25mm。

優(yōu)選地，所述外壁涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管的制備方法包括以下步驟：

配制二氧化鈦漿料，并將玻璃管外壁進(jìn)行清洗；

通過浸漬提拉法將二氧化鈦漿料涂覆在玻璃管外壁并充分干燥，形成二氧化鈦薄膜；

將涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管置于馬弗爐中煅燒，即得。

優(yōu)選地，所述玻璃管外壁采用等離子清洗，可增強(qiáng)二氧化鈦薄膜在玻璃上的固定效果。

優(yōu)選地，所述二氧化鈦漿料的配制方法包括以下步驟：

A1、將二氧化鈦粉末與乙醇混合，攪拌均勻，得混合液a；

A2、將羧甲基纖維素溶解在松油醇中，得混合液b；其中，羧甲基纖維素的作用是提高溶液的粘稠度，松油醇的作用是作為造孔劑。

A3、將混合液a和混合液b混合，超聲攪拌6-8h，然后進(jìn)行旋蒸，即得所述漿料。

優(yōu)選地，所述混合液a和混合液b的質(zhì)量比為1:1-1.5。

優(yōu)選地，所述二氧化鈦粉末與乙醇的固液比為10-13g：80-100ml。

優(yōu)選地，所述羧甲基纖維素與松油醇的質(zhì)量比為3-5g：80-100g。

優(yōu)選地，所述玻璃管外壁采用等離子清洗劑進(jìn)行表面處理。

優(yōu)選地，所述充分干燥的時(shí)間為6-8h。

優(yōu)選地，所述煅燒處理具體采用在450℃下煅燒30min，以去除薄膜中的添加劑。

優(yōu)選地，所述二氧化鈦薄膜的厚度為0.5-1μm。

優(yōu)選地，所述紫外燈珠的功率為3-5W，發(fā)射波長為365nm；所述的條形鋁基板寬為10mm，長度為150mm。

優(yōu)選地，所述有機(jī)玻璃筒的側(cè)壁上還設(shè)置有側(cè)壁出水口，該側(cè)壁出水口用于廢水取樣進(jìn)行檢測。

優(yōu)選地，所述進(jìn)水口和出水口通過橡膠管分別與蠕動(dòng)泵的兩端連接；所述紫外燈珠通過導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源連接。

本發(fā)明還提供了一種高濃度廢水處理方法，采用上述的用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)進(jìn)行處理。

本發(fā)明提供了一種通過等離子清洗機(jī)處理普通玻璃試管，并通過浸漬提拉法和煅燒在玻璃試管外表面制備二氧化鈦光催化薄膜的技術(shù)，并將二氧化鈦光催化薄膜與焊接在條形鋁基板上的LED紫外燈珠成功結(jié)合在一起，應(yīng)用于光催化二氧化鈦薄膜水處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)在污水處理的過程中，污水通過蠕動(dòng)泵，由出水口回到進(jìn)水口，不斷循環(huán)，并在反應(yīng)器內(nèi)停留一定的反應(yīng)時(shí)間。污水在循環(huán)流動(dòng)的過程中會(huì)與涂覆在玻璃管上的二氧化鈦薄膜充分接觸。與此同時(shí)，穩(wěn)壓電源能夠穩(wěn)定的供電，使焊接在條形鋁基板上的LED紫外燈珠發(fā)出紫外光，而發(fā)出的紫外光完全被玻璃試管上的二氧化鈦薄膜吸收，被紫外光激發(fā)的二氧化鈦可以對反應(yīng)器的污水進(jìn)行氧化處理。在反應(yīng)一段時(shí)間后，處理后的污水被排出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明選用商用P25作為制備二氧化鈦漿料原料，制備工藝操作簡單，而且成本上經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，有利于工業(yè)化應(yīng)用。

2、本發(fā)明選用普通的玻璃試管，然后用等離子清洗機(jī)簡單的處理一下便可將二氧化鈦有效的固定在玻璃表面，操作簡單易行，價(jià)格低廉。

3、二氧化鈦薄膜與在紫外光直接接觸，LED紫外燈珠發(fā)出的紫外光被最大限度的利用，同時(shí)，完全消除了粉末態(tài)二氧化鈦與傳統(tǒng)二氧化鈦薄膜光催化劑所存在的無紫外光照射的工作盲區(qū)。高難度廢水由于透光性差很差，嚴(yán)重阻礙了光催化在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的二氧化鈦薄膜可以與在紫外光直接接觸，成功解決了光催化系統(tǒng)因高濃度廢水透光性差而無法應(yīng)用的難題。

4、本發(fā)明選用LED紫外燈珠作為光源，不僅可以大大提高光源的使用壽命，同時(shí)，紫外燈珠在使用的過程中可以通過條形鋁基板以及反應(yīng)器中循環(huán)流動(dòng)的水體散熱，也解決了工業(yè)光催化過程中光源散熱的難題。

5、本發(fā)明制備方法簡單、可以規(guī)?；a(chǎn)，為解決光催化劑處理高濃度難降解有機(jī)廢水的大規(guī)模應(yīng)用提供了新的研究思路。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)示意圖；

圖2為蓋板的俯視圖；

其中：1-條形鋁基板；2-蓋板；3-進(jìn)水口；4-玻璃管；5-紫外燈珠；6-側(cè)壁出水口；7-出水口；8-蠕動(dòng)泵；9-穩(wěn)壓電源；10-有機(jī)玻璃筒；11-導(dǎo)線；12-橡膠管；13-圓孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例提供了一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，包括有機(jī)玻璃筒10和蠕動(dòng)泵8；所述有機(jī)玻璃筒10側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水口3，底部設(shè)置有出水口7，所述進(jìn)水口3和出水口7分別與蠕動(dòng)泵8的兩端連接；所述有機(jī)玻璃筒10內(nèi)設(shè)置有若干玻璃管4，每個(gè)玻璃管4內(nèi)均設(shè)置有條形鋁基板1；所述玻璃管4為外壁涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管；所述條形鋁基板1上設(shè)置有若干紫外燈珠5；所述紫外燈珠5與穩(wěn)壓電源9連接。

所述有機(jī)玻璃筒10頂端設(shè)置有蓋板2，所述蓋板2上設(shè)置有用于固定玻璃管的圓孔13。

所述圓孔13的數(shù)量為6-8個(gè)，圓孔13和玻璃管4的孔徑均為15-25mm。

所述外壁涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管的制備方法包括以下步驟：

配制二氧化鈦漿料，并將玻璃管外壁進(jìn)行清洗；

通過浸漬提拉法將二氧化鈦漿料涂覆在玻璃管外壁并充分干燥，形成二氧化鈦薄膜；

將涂覆二氧化鈦薄膜的玻璃管置于馬弗爐中煅燒，即得。

所述二氧化鈦漿料的配制方法包括以下步驟：

A1、將二氧化鈦粉末與乙醇混合，攪拌均勻，得混合液a；

A2、將羧甲基纖維素溶解在松油醇中，得混合液b；

A3、將混合液a和混合液b混合，超聲攪拌6-8h，然后進(jìn)行旋蒸，即得所述漿料。

所述混合液a和混合液b的質(zhì)量比為1:1-1.5。

所述二氧化鈦粉末與乙醇的固液比為10-13g：80-100ml。

所述羧甲基纖維素與松油醇的質(zhì)量比為3-5g：80-100g。

所述玻璃管外壁采用等離子清洗劑進(jìn)行表面處理。

所述充分干燥的時(shí)間為6-8h。

所述煅燒處理具體采用在450℃下煅燒30min。

所述二氧化鈦薄膜的厚度為0.5-1μm。

所述紫外燈珠5的功率為3-5W，發(fā)射波長為365nm；所述的條形鋁基板1寬為10mm，長度為150mm。

所述有機(jī)玻璃筒10的側(cè)壁上還設(shè)置有側(cè)壁出水口6，該側(cè)壁出水口6用于廢水取樣進(jìn)行檢測。

所述進(jìn)水口3和出水口7通過橡膠管12分別與蠕動(dòng)泵8的兩端連接；所述紫外燈珠5通過導(dǎo)線11與穩(wěn)壓電源13連接。

下述實(shí)施例還提供了一種高濃度廢水處理方法，采用上述的用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)進(jìn)行處理。

本發(fā)明的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)在污水處理的過程中，污水通過蠕動(dòng)泵8，由出水口7回到進(jìn)水口3，不斷循環(huán)，并在反應(yīng)器內(nèi)停留一定的反應(yīng)時(shí)間。污水在循環(huán)流動(dòng)的過程中會(huì)與涂覆在玻璃管4上的二氧化鈦薄膜充分接觸。與此同時(shí)，穩(wěn)壓電源13能夠穩(wěn)定的供電，使焊接在條形鋁基板1上的LED紫外燈珠5發(fā)出紫外光，而發(fā)出的紫外光完全被玻璃管4上的二氧化鈦薄膜吸收，被紫外光激發(fā)的二氧化鈦可以對反應(yīng)器內(nèi)的污水進(jìn)行氧化處理。在反應(yīng)一段時(shí)間后，處理后的污水被排出。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供了一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，其制備包括以下步驟：

(1)有機(jī)載體的配制

將3g羧甲基纖維素溶解在80g松油醇中，過夜攪拌，得到澄清溶液，以后備用。

(2)二氧化鈦漿料的制備

取商用P25二氧化鈦粉末10g與80ml乙醇混合，待二者攪拌均勻以后，再加入第一步制得的有機(jī)載體，攪拌和超聲6h，將得到的溶液進(jìn)行旋蒸，最后制得二氧化鈦漿料。

(3)二氧化鈦薄膜的制備

將管長為150mm，直徑為15mm的玻璃試管，用等離子清洗機(jī)進(jìn)行表面處理，然后浸漬提拉法將二氧化鈦涂覆在玻璃試管表面，將制得的薄膜干燥6h，保證其干燥充分。二氧化鈦薄膜置于馬弗爐中450℃煅燒30min，升溫速率控制在5℃/min。

(4)LED紫外燈光源的制備

將功率為3W，發(fā)射波長為365nm的LED紫外燈珠5顆焊接到寬為10mm，長度為150mm的條形鋁基板上。

本所述的所述的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)及其污水處理工藝如下：

二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，包括一個(gè)穩(wěn)壓電源，蠕動(dòng)泵和有機(jī)玻璃筒，穩(wěn)壓電源為LED紫外燈珠供電，提供紫外光源；有機(jī)玻璃板上設(shè)有8個(gè)直徑為15mm的圓孔，將8根裝有LED紫外燈珠和條形鋁基板的二氧化鈦薄膜試管插入到所述的有機(jī)玻璃板的圓孔中；打開蠕動(dòng)泵，使水體在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，以100mg/L的羅丹明B溶液模擬高濃度有機(jī)廢水，在處理3h后，其去除率為80％。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，其制備包括以下步驟：

(1)有機(jī)載體的配制

將4g羧甲基纖維素溶解在90g松油醇中，過夜攪拌，得到澄清溶液，以后備用。

(2)二氧化鈦漿料的制備

取商用P25二氧化鈦粉末13g與90ml乙醇混合，待二者攪拌均勻以后，再加入第一步制得的有機(jī)載體，攪拌和超聲7h，將得到的溶液進(jìn)行旋蒸，最后制得二氧化鈦漿料。

(3)二氧化鈦薄膜的制備

將管長為150mm，直徑為20mm的玻璃試管，用等離子清洗機(jī)進(jìn)行表面處理，然后浸漬提拉法將二氧化鈦涂覆在玻璃試管表面，將制得的薄膜干燥7h，保證其干燥充分。二氧化鈦薄膜置于馬弗爐中450℃煅燒30min，升溫速率控制在5℃/min。

(4)LED紫外燈光源的制備

將功率為3W，發(fā)射波長為365nm的LED紫外燈珠6顆焊接到寬為10mm，長度為150mm的條形鋁基板上。

本所述的所述的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)及其污水處理工藝如下：

二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，包括一個(gè)穩(wěn)壓電源，蠕動(dòng)泵和有機(jī)玻璃筒，穩(wěn)壓電源為LED紫外燈珠供電，提供紫外光源；有機(jī)玻璃板上設(shè)有7個(gè)直徑為20mm的圓孔，將6根裝有LED紫外燈珠和條形鋁基板的二氧化鈦薄膜試管插入到所述的有機(jī)玻璃板的圓孔中；打開蠕動(dòng)泵，使水體在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，以100mg/L的羅丹明B溶液模擬高濃度有機(jī)廢水，在處理3h后，其去除率為85％。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供了一種用于處理高濃度有機(jī)廢水的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，其制備包括以下步驟：

(1)有機(jī)載體的配制

將5g羧甲基纖維素溶解在100g松油醇中，過夜攪拌，得到澄清溶液，以后備用。

(2)二氧化鈦漿料的制備

取商用P25二氧化鈦粉末15g與100ml乙醇混合，待二者攪拌均勻以后，再加入第一步制得的有機(jī)載體，攪拌和超聲8h，將得到的溶液進(jìn)行旋蒸，最后制得二氧化鈦漿料。

(3)二氧化鈦薄膜的制備

將管長為150mm，直徑為25mm的玻璃試管，用等離子清洗機(jī)進(jìn)行表面處理，然后浸漬提拉法將二氧化鈦涂覆在玻璃試管表面，將制得的薄膜干燥6h，保證其干燥充分。二氧化鈦薄膜置于馬弗爐中450℃煅燒30min，升溫速率控制在5℃/min。

(4)LED紫外燈光源的制備

將功率為3W，發(fā)射波長為365nm的LED紫外燈珠5顆焊接到寬為10mm，長度為150mm的條形鋁基板上。

本所述的所述的二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)及其污水處理工藝如下：

二氧化鈦薄膜光催化系統(tǒng)，包括一個(gè)穩(wěn)壓電源，蠕動(dòng)泵和有機(jī)玻璃筒，穩(wěn)壓電源為LED紫外燈珠供電，提供紫外光源；有機(jī)玻璃板上設(shè)有6個(gè)直徑為25mm的圓孔，將6根裝有LED紫外燈珠和條形鋁基板的二氧化鈦薄膜試管插入到所述的有機(jī)玻璃板的圓孔中；打開蠕動(dòng)泵，使水體在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，以100mg/L的羅丹明B溶液模擬高濃度有機(jī)廢水，在處理3h后，其去除率為90％。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。