本實(shí)用新型屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

至20世紀(jì)70年代Fijishima和Honda等人在二氧化鈦電極表面發(fā)現(xiàn)光致水分解的光催化現(xiàn)象以來，光催化技術(shù)在全世界范圍都得到了極大的關(guān)注。研究表明，半導(dǎo)體光催化劑在光照射的作用下，可以產(chǎn)生活性極高的光生電子空穴對，從而進(jìn)一步生成高活性的自由基，或直接參與目標(biāo)反應(yīng)。由于上述的活性物質(zhì)具有較高的電位，因此可以利用其強(qiáng)大的氧化還原能力應(yīng)用于污水的處理過程，使其與有機(jī)物發(fā)生作用并達(dá)到礦化降解的目的，實(shí)現(xiàn)一種經(jīng)濟(jì)可持續(xù)話的污水治理的途徑。

雖然光催化技術(shù)因其具有利用太陽光的潛能同時對降解對象的普適性，而被視為最有前景的環(huán)境治理手段之一，但是仍然存在一些問題從而極大的局限它在實(shí)際中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，光催化劑對太陽光的實(shí)際利用效率低下，且光生電子空穴對的復(fù)合效率高，導(dǎo)致整體反應(yīng)的量子效率差；第二，光催化劑存在穩(wěn)定性，以及回收與可重復(fù)利用困難；第三，高效光催化劑的制備成本高，且反應(yīng)條件苛刻；第四，由于其光激發(fā)的特殊誘導(dǎo)作用，使其反應(yīng)環(huán)境的設(shè)置受到一定限制。

現(xiàn)有的液相光催化反應(yīng)裝置主要分為兩種：懸浮顆粒式與固定薄膜式的兩種反應(yīng)方式。對于前者，光催化劑處于顆粒懸浮狀態(tài)，并且在外力攪拌的作用下，極大增加了催化劑在溶液中與目標(biāo)對象的接觸幾率，從而提高了光催化的整體反應(yīng)速率。但另一方面，正是由于催化劑在溶液中的均勻分散，也使得光催化劑的分離回收存在極大的困難。而對于固定薄膜類型的光催化反應(yīng)裝置，雖然很好的解決了分離回收的困難，使得光催化劑的重復(fù)利用的效率有了大大的提高，但由于光催化劑被負(fù)載在載體表面，使光催化劑的含量受到載體表面積的限制，從而導(dǎo)致了光催化劑對廢水的處理能力受限。

中國專利（CN201770511U）公開了一種轉(zhuǎn)盤式的光降解反應(yīng)裝置，通過旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤帶動薄液層狀的廢水，解決了紫外光穿透性差，與反應(yīng)物之間的接觸有限的問題。然而，對于光催化反應(yīng)來說，每片轉(zhuǎn)盤的表面可負(fù)載的光催化劑的含量極為有限，同時為了便于紫外光源的照射，設(shè)置合適的轉(zhuǎn)盤間距也能更好增加轉(zhuǎn)盤數(shù)量，提高廢水處理的單位體積量。

LED（發(fā)光二極管）燈是一種半導(dǎo)體無燈絲的電光源，可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能，具有節(jié)能環(huán)保，且長壽的特點(diǎn)。更重要的是，LED作為冷光源可以進(jìn)行固態(tài)封裝，因此對裝置的環(huán)境和空間沒有過多限制，更好的發(fā)揮了LED燈源的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置，該裝置可以有效增強(qiáng)光催化反應(yīng)效率，進(jìn)而提高對廢水的處理效率。

本實(shí)用新型的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置，還包括轉(zhuǎn)軸、電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、TiO₂光催化薄膜、UV-LED光源固定板和UV-LED燈板，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述殼體的橫向中軸線上，所述電機(jī)設(shè)于所述殼體外部，所述轉(zhuǎn)軸與所述電機(jī)連接，所述轉(zhuǎn)盤為多個，均勻設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸上并隨所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述TiO₂光催化薄膜分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)盤的兩面，所述UV-LED光源固定板設(shè)于相鄰兩轉(zhuǎn)盤之間且位于所述轉(zhuǎn)軸的上方，所述UV-LED燈板分布在所述UV-LED光源固定板的兩面。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述UV-LED燈板為由多個燈珠組成，單位面積的燈珠密度為0.6~0.9顆/立方厘米，每顆燈珠的功率可調(diào)為0.01～1.00 W。

作為本實(shí)用新型的上述優(yōu)選的實(shí)施方式的一種改進(jìn)，所述轉(zhuǎn)盤的數(shù)量為7~9個，所述燈板的數(shù)量為14~18個。

作為本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述UV-LED的波長在150nm~400nm，優(yōu)選365nm、285nm或254nm。

本實(shí)用新型中所述UV-LED光源固定板的兩端優(yōu)選固定在所述殼體的相對兩側(cè)邊上。

本實(shí)用新型中所述轉(zhuǎn)盤與所述轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有可使轉(zhuǎn)盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的軸承。

本實(shí)用新型中所述轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器與所述電機(jī)相連接。

本實(shí)用新型所述UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置還包括進(jìn)液口和出液口，分別設(shè)置在所述殼體的相對兩側(cè)面上。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置中，TiO₂光催化薄膜分別設(shè)置在轉(zhuǎn)盤的兩面。相比較于四面發(fā)散型的燈管光源，片板插入式的UV-LED燈板不僅極大程度上提高了單位體積廢水的處理能力，而且充分利用了LED作為點(diǎn)光源的優(yōu)勢，減少了光照過程中能量損耗。另一方面，固載型的薄膜光催化劑很好的解決了反應(yīng)過程中光催化劑的回收再利用問題，不僅提高了光催化劑的使用頻率，同時也極大的降低了整個污水處理的成本問題，有效增強(qiáng)了光催化反應(yīng)效率，提高了對廢水的處理效率。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施方式中UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置中UV-LED光源固定板和其中一面設(shè)置UV-LED燈板的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置，包括殼體1和設(shè)于殼體上方的蓋體（圖中未顯示），還包括轉(zhuǎn)軸2、電機(jī)（圖中未顯示）、轉(zhuǎn)盤3、TiO₂光催化薄膜（圖中未顯示）、UV-LED光源固定板4和UV-LED燈板5，轉(zhuǎn)軸2設(shè)于殼體1的橫向中軸線上，電機(jī)設(shè)于殼體1外部，轉(zhuǎn)軸2與電機(jī)連接，轉(zhuǎn)盤3為多個，均勻設(shè)置在轉(zhuǎn)軸2上并隨轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動， TiO₂光催化薄膜分別設(shè)置在轉(zhuǎn)盤3的兩面， UV-LED光源固定板4設(shè)于相鄰兩轉(zhuǎn)盤3之間且位于轉(zhuǎn)軸2的上方， UV-LED燈板5均勻分布在UV-LED光源固定板4的兩面。

本實(shí)用新型中，裝納污水進(jìn)行光催化反應(yīng)的殼體1優(yōu)選是一個不銹鋼材質(zhì)的類長方體形容器，本實(shí)用新型中，參考外部尺寸為30×24×25 cm，其單次污水處理體積約為5 L。同時，在反應(yīng)容器上方加蓋體以阻擋反應(yīng)過程中紫外線的照射傷害。

本實(shí)用新型中，轉(zhuǎn)盤3的兩面均勻負(fù)載納米結(jié)構(gòu)的TiO₂光催化薄膜，納米二氧化鈦具有良好的光催化活性以作用于光催化降解廢水污染物，轉(zhuǎn)盤3通過軸承固定在轉(zhuǎn)軸2上，轉(zhuǎn)軸2可同時串聯(lián)轉(zhuǎn)動多個轉(zhuǎn)盤3，優(yōu)選的轉(zhuǎn)盤3數(shù)量為7～9片。轉(zhuǎn)盤3的近一半面積浸入在廢水溶液中，另一半則暴露在空氣中接受UV-LED燈源5的照射。負(fù)載有TiO₂光催化活性的轉(zhuǎn)盤3在電機(jī)的帶動下不斷轉(zhuǎn)動，持續(xù)將粘附在轉(zhuǎn)盤3表面的液膜帶到溶液上方接受紫外光照射，而進(jìn)行光催化降解的反應(yīng)。由于紫外光的穿透性較差，而且在光催化降解反應(yīng)中，氧氣作為活性自由基的主要來源之一，與光催化劑接觸的概率直接影響了反應(yīng)活性的效率。因此，在這個不斷轉(zhuǎn)動的反應(yīng)過程中，轉(zhuǎn)盤3暴露在空氣中的上半部分，不僅減少了溶液對光照過程的吸收與損耗，另一方面也大大增加了光催化反應(yīng)中氧氣與光催化劑的接觸概率，很大程度上提高了污水的處理效率。最重要的是，牢固負(fù)載在轉(zhuǎn)盤3表面的TiO₂光催化薄膜完美的解決了反應(yīng)過程中光催化劑的回收再利用問題，不僅提高了光催化劑的使用頻率，同時也極大的降低了整個污水處理的成本問題。

本實(shí)用新型中，電機(jī)支配轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)軸2支配轉(zhuǎn)盤3旋轉(zhuǎn)，亦可依據(jù)廢水溶液的狀況和要求調(diào)變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整溶液薄膜在轉(zhuǎn)盤3上半部分的停留時間從而實(shí)現(xiàn)有效的降解，反之，速度過慢則延緩了廢水的整體降解速率，速快則可能無法達(dá)到徹底的降解效果，因此，優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)速度為20～35rpm。

如圖2所示，UV-LED燈板5為由多個燈珠組成的燈板，每個燈板上燈珠的數(shù)量為80~120顆，最大總功率為7～10w，燈板分別安裝在光源固定板4的兩側(cè)。

轉(zhuǎn)盤3的數(shù)量為7~9個，燈板的數(shù)量為14~18個。

UV-LED燈板5的波長為365nm、285nm或254nm。

本實(shí)用新型中，考慮到LED為單向點(diǎn)光源，故每片UV-LED燈板上可依照轉(zhuǎn)盤的形狀安裝LED燈珠以達(dá)到最佳照射效率，同時考慮到散熱等問題，本實(shí)用新型中以轉(zhuǎn)盤半徑為100mm的實(shí)施例，UV-LED燈板的優(yōu)選燈珠數(shù)量為80~120顆，最大總功率控制在7～10w之間。此外，UV-LED燈板可通過調(diào)節(jié)電源的電流以實(shí)現(xiàn)對燈板總功率的控制。UV-LED燈板的厚度僅為1～2 mm，可先規(guī)定在UV-LED光源固定板4上，然后將UV-LED光源固定板4懸掛在反應(yīng)裝置的上方，且并不觸碰轉(zhuǎn)軸2，同時每片轉(zhuǎn)盤兩側(cè)均裝置一片UV-LED燈板，保持燈板與轉(zhuǎn)盤3之間的距離在1～2 cm。因此，燈板的數(shù)量基于轉(zhuǎn)盤數(shù)量而定，在本實(shí)用新型中，優(yōu)選轉(zhuǎn)盤數(shù)量為7～9片，故UV-LED燈板的數(shù)量為14～18片。紫外光源可選波長為365nm，285nm，254nm，可根據(jù)實(shí)際的降解要求進(jìn)行最為經(jīng)濟(jì)有效的波長選擇。

UV-LED光源固定板4的兩端固定在殼體1的相對兩側(cè)邊上。

轉(zhuǎn)盤3與轉(zhuǎn)軸2之間設(shè)有可使轉(zhuǎn)盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的軸承（圖中未顯示）。

轉(zhuǎn)軸2通過聯(lián)軸器（圖中未顯示）與電機(jī)（圖中未顯示）相連接。

該UV-LED光催化薄膜旋轉(zhuǎn)反應(yīng)裝置，還包括進(jìn)液口6和出液口7，分別設(shè)置在殼體的相對兩側(cè)面上，以實(shí)現(xiàn)同步流動循環(huán)廢水處理的功能。

實(shí)際應(yīng)用時，先檢查并保持殼體1的出液口為關(guān)閉狀態(tài)；依照合適的距離將負(fù)載有納米結(jié)構(gòu)的TiO₂光催化薄膜的轉(zhuǎn)盤3依次安裝在轉(zhuǎn)軸2上，并使用軸承將之固定使其跟隨轉(zhuǎn)軸2一起轉(zhuǎn)動；通過聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)軸2與電機(jī)連接起來，檢查轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動情況；將安裝有UV-LED燈板5的UV-LED光源固定板4依次插入轉(zhuǎn)盤3之間的間隙中間并固定，連通電源，關(guān)上蓋體以防止紫外光外漏；將待降解的廢水從進(jìn)液口進(jìn)入反應(yīng)裝置中，液面不可超過轉(zhuǎn)軸2以下1cm；啟動電機(jī)帶動轉(zhuǎn)軸2使串聯(lián)的轉(zhuǎn)盤3跟隨轉(zhuǎn)軸2一起轉(zhuǎn)動，將浸沒在廢水中的轉(zhuǎn)盤粘附一層廢水薄液帶至轉(zhuǎn)軸2上方，接受UV-LED燈板5的照射。定時取樣，測算廢水中有機(jī)物的除去效率；在實(shí)際應(yīng)用中，可調(diào)整轉(zhuǎn)3轉(zhuǎn)速，UV-LED燈板5的波長與功率以及反應(yīng)時間，使得降解效率與能耗成本等達(dá)到最優(yōu)值。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述具體實(shí)施方式所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型具體實(shí)施方式技術(shù)方案的精神和范圍。