本實用新型屬于光催化反應(yīng)降解有機污染物和測定技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光催化反應(yīng)凈化裝置，尤其一種超聲協(xié)同臭氧、紫外pH計聯(lián)用溫控一體化的光催化反應(yīng)凈化裝置。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體光催化技術(shù)是半導(dǎo)體材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是利用半導(dǎo)體材料吸收太陽光輻射，半導(dǎo)體受激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴，電子和空穴再與吸附在半導(dǎo)體材料表面的物質(zhì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)。日本東京大學(xué)Fujishima和Honda科學(xué)家于1972年首次在Nature上發(fā)表了關(guān)于二氧化鈦單晶電極在光解水產(chǎn)氫現(xiàn)象的論文，引起了各國科學(xué)家對二氧化鈦半導(dǎo)體的高度重視。近些年，各種新型的催化劑被廣泛的研究，并用于太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存、光化學(xué)合成、光催化降解有機污染物、光催化殺菌等方面的應(yīng)用。

雖然，各種新型的光催化劑被不斷地研究出來，但用于催化劑反應(yīng)的光反應(yīng)器卻很少，尤其是實驗室傳統(tǒng)的光催化裝置，燈源，光催化反應(yīng)瓶，pH檢測，紫外分光光度計檢測大都是分開使用的，使用起來比較麻煩。公開號是CN105582871A的專利申請中提出一種超聲輔助光催化反應(yīng)凈化裝置，將超聲波與光催化反應(yīng)凈化裝置結(jié)合起來，以提高光催化效率；公開號是CN104803469A的專利申請中提出一種臭氧、紫外光、超聲波協(xié)同作用廢水處理裝置，利用超聲波、臭氧及協(xié)助處理污水；公告號是CN103112924B的發(fā)明專利中提出一種超聲協(xié)同臭氧降解農(nóng)藥的實驗裝置，將稱重傳感器、酸堿度傳感器和溫度傳感器與實驗裝置相連，實時檢測溶液的質(zhì)量、溫度計酸堿變化；公開號是CN102627370A的專利申請中提出一種能夠持續(xù)維持高處理效率的廢水降解用微波光催化裝置，利用超聲波在不拆機的前提下對機身污垢進行清理，以維持裝置的高效率工作。但是，超聲波、臭氧及紫外協(xié)助降解，pH和紫外實時監(jiān)測以及溫度可控和儀器自清潔一體化的光催化反應(yīng)凈化裝置卻很少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種可實現(xiàn)光源可調(diào)、恒溫、反應(yīng)過程實時檢測、可減少光催化反應(yīng)到檢測的實驗步驟并能顯著提高光催化反應(yīng)實驗效率的光催化反應(yīng)凈化裝置。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：

一種光催化反應(yīng)凈化裝置，其特征在于：所述光催化反應(yīng)凈化裝置包括雙層保溫不銹鋼外殼、曝氣裝置、pH計探頭、紫外分光光度計、超聲發(fā)生器、蓋子、電熱絲以及可更換式光源；所述雙層保溫不銹鋼外殼整體是一端開口的筒狀結(jié)構(gòu)；所述超聲發(fā)生器置于雙層保溫不銹鋼外殼的夾層中；所述雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上設(shè)置有進氣口以及出液口；所述曝氣裝置通過雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的進氣口與雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部相貫通；所述雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的出液口分別與pH計探頭以及紫外分光光度計相連；所述蓋子上設(shè)置有與雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部相貫通的排氣口；所述蓋子設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼的頂部；所述可更換式光源的一端設(shè)置在蓋子上，另一端伸入雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部；所述電熱絲設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼的底部。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的光催化反應(yīng)凈化裝置還包括設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部的磁力攪拌裝置以及溫度傳感器。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的光催化反應(yīng)凈化裝置還包括設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的出液口處的可更換濾膜的濾頭。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的光催化反應(yīng)凈化裝置還包括出水口閥門、pH計閥門以及紫外檢測閥門；所述雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的出液口通過可更換濾膜的濾頭與水口閥門相連通；所述雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的出液口通過可更換濾膜的濾頭分別與pH計閥門以及紫外檢測閥門相連通；所述pH計閥門與pH計探頭相連；所述紫外檢測閥門與紫外分光光度計的比色皿相連通。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的曝氣裝置包括通氣泵、氣體流量計以及通氣管；所述通氣泵通過氣體流量計與通氣管相連通；所述通氣管通過雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的進氣口與雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部相貫通；所述在雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部的通氣管的端部設(shè)置有曝氣頭。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的蓋子設(shè)置有光源通孔，所述可更換式光源置于光源通孔中并通過燈管更換旋鈕固定。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的可更換式光源包括玻璃外罩、玻璃內(nèi)罩以及燈管；所述玻璃外罩罩于玻璃內(nèi)罩外部并與玻璃內(nèi)罩之間設(shè)置有空隙；所述燈管置于玻璃內(nèi)罩中；所述玻璃外罩上設(shè)置有進水口以及出水口；所述進水口通過玻璃外罩和玻璃內(nèi)罩之間的空隙與出水口相貫通。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的燈管是氙燈、汞燈或LED燈中的任意一種，所述燈管的光源強度可調(diào)節(jié)的。

作為優(yōu)選，本實用新型所采用的雙層保溫不銹鋼外殼的側(cè)壁上還設(shè)置有磁力攪拌開關(guān)、加熱開關(guān)、超聲開關(guān)、燈管電流調(diào)節(jié)旋鈕以及溫度顯示屏。

作為優(yōu)選，本實用新型所通入的氣體為臭氧、氧氣或空氣的一種。

作為優(yōu)選，本實用新型的機蓋的排氣口為通用磨口，可與干燥管、冷凝管連接，以防止反應(yīng)過程中水汽的逸出。

作為優(yōu)選，本實用新型可連接紫外分光光度計、pH計，可對反應(yīng)進行實時監(jiān)測，并且光催化反應(yīng)機身可與檢測裝置分離。

本實用新型的優(yōu)點是：

本實用新型提供了一種光催化反應(yīng)凈化裝置，包括雙層保溫不銹鋼外殼、曝氣裝置、pH計探頭、紫外分光光度計、超聲發(fā)生器、蓋子、電熱絲以及可更換式光源；雙層保溫不銹鋼外殼整體是一端開口的筒狀結(jié)構(gòu)；超聲發(fā)生器置于雙層保溫不銹鋼外殼的夾層中；雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上設(shè)置有進氣口以及出液口；曝氣裝置通過雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的進氣口與雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部相貫通；雙層保溫不銹鋼外殼側(cè)壁上的出液口分別與pH計探頭以及紫外分光光度計相連；蓋子上設(shè)置有與雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部相貫通的排氣口；蓋子設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼的頂部；可更換式光源的一端設(shè)置在蓋子上，另一端伸入雙層保溫不銹鋼外殼內(nèi)部；電熱絲設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼的底部。利用本實用新型裝置，可同時進行超聲、通氣(臭氧、氧氣或空氣)、恒溫及光催化反應(yīng)，實現(xiàn)反應(yīng)實時監(jiān)測，可減少光催化反應(yīng)到檢測的實驗步驟，顯著提高光催化反應(yīng)實驗效率。同時，紫外光，超聲波，臭氧都具有殺菌功能，本裝置還可用于反應(yīng)后的自清潔。

附圖說明

圖1是本實用新型所提供的光催化反應(yīng)凈化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型所采用的機蓋部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型所采用的底座部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型所采用的燈管部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例1中降解羅丹明B紫外圖譜；

圖6是本實用新型實施例2中催化氧化甲醇的pH變化圖；

附圖標記說明如下：

1-蓋子；2-排氣口；3-玻璃外罩；4-玻璃內(nèi)罩；5-燈管；6-進水口；7-出水口；8-燈管更換旋鈕；9-超聲發(fā)生器；10-曝氣頭；11-氣體流量計；12-通氣泵；13-電熱絲；14-磁力攪拌裝置；15-溫度傳感器；16-出水口閥門；17-pH計閥門；18-pH計探頭；19-可更換濾膜的濾頭；20-紫外檢測閥門；21-比色皿；22-雙層保溫不銹鋼外殼。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型的上述技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

參見圖1、圖2、圖3以及圖4，本實用新型提供了一種光催化反應(yīng)凈化裝置，光催化反應(yīng)凈化裝置包括雙層保溫不銹鋼外殼22、曝氣裝置、pH計探頭18、紫外分光光度計、超聲發(fā)生器9、蓋子1、電熱絲13以及可更換式光源；雙層保溫不銹鋼外殼22整體是一端開口的筒狀結(jié)構(gòu)；超聲發(fā)生器9置于雙層保溫不銹鋼外殼22的夾層中；雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上設(shè)置有進氣口以及出液口；曝氣裝置通過雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的進氣口與雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部相貫通；雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的出液口分別與pH計探頭18以及紫外分光光度計相連；蓋子1上設(shè)置有與雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部相貫通的排氣口2；蓋子1設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼22的頂部；可更換式光源的一端設(shè)置在蓋子1上(參見圖2以及圖4)，另一端伸入雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部；電熱絲13設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼22的底部(參見圖3)。

光催化反應(yīng)凈化裝置還包括設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部的磁力攪拌裝置14以及溫度傳感器15。

光催化反應(yīng)凈化裝置還包括設(shè)置在雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的出液口處的可更換濾膜的濾頭19。

光催化反應(yīng)凈化裝置還包括出水口閥門16、pH計閥門17以及紫外檢測閥門20；雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的出液口通過可更換濾膜的濾頭19與水口閥門16相連通；雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的出液口通過可更換濾膜的濾頭19分別與pH計閥門17以及紫外檢測閥門20相連通；pH計閥門17與pH計探頭18相連；紫外檢測閥門20與紫外分光光度計的比色皿21相連通。

曝氣裝置包括通氣泵12、氣體流量計11以及通氣管；通氣泵12通過氣體流量計11與通氣管相連通；通氣管通過雙層保溫不銹鋼外殼22側(cè)壁上的進氣口與雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部相貫通；在雙層保溫不銹鋼外殼22內(nèi)部的通氣管的端部設(shè)置有曝氣頭10。

蓋子1設(shè)置有光源通孔，可更換式光源置于光源通孔中并通過燈管更換旋鈕8固定。

參見圖2，機蓋1上具有通用磨口的通氣口2，可安裝干燥管或者球形冷凝管，本實用新型所采用的可更換式光源包括玻璃外罩3、玻璃內(nèi)罩4以及燈管5；玻璃外罩3罩于玻璃內(nèi)罩4外部并與玻璃內(nèi)罩4之間設(shè)置有空隙；燈管5置于玻璃內(nèi)罩4中；玻璃外罩3上設(shè)置有進水口6以及出水口7；進水口6通過玻璃外罩3和玻璃內(nèi)罩4之間的空隙與出水口7相貫通；燈管5是氙燈、汞燈或LED燈中的任意一種，燈管5的光源強度可調(diào)節(jié)的。

雙層保溫不銹鋼外殼22的側(cè)壁上還設(shè)置有磁力攪拌開關(guān)、加熱開關(guān)、超聲開關(guān)、燈管電流調(diào)節(jié)旋鈕以及溫度顯示屏。

本實用新型在具體使用時，首先確定燈管5(紫外燈、氙燈或者LED燈)，通過燈管更換旋鈕8并安裝好；其次，打開機蓋1，倒入待降解溶液及催化劑，并安裝好機蓋，通入循環(huán)冷凝水，冷凝水由進水口6進入，從出水口7排出；打開氣體流量計11，由通氣泵12泵入氣體(臭氧、氧氣或者空氣)；打開磁力攪拌開關(guān)以及超聲開關(guān)，通過調(diào)節(jié)面板調(diào)節(jié)燈源電流以及溫度；在可更換濾膜的濾頭19處安裝好新的濾膜；測定溶液pH：關(guān)閉出水口閥門16和紫外檢測閥門20，經(jīng)過一定的反應(yīng)時間，打開pH計閥門17，使反應(yīng)的溶液與pH計探頭18接觸，通過顯示面板記錄溶液的pH。

測定溶液紫外分光光度：關(guān)閉出水口閥門16和pH計閥門17，經(jīng)過一定的反應(yīng)時間，打開紫外檢測閥門20，使溶液進入比色皿21，通過電腦顯示器記錄溶液的紫外吸收值。

反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉冷凝水及所有開關(guān)；關(guān)閉pH計閥門17和紫外檢測閥門20，打開出水口閥門16，將溶液從出水口排出；

儀器的清潔：將自來水倒入機箱，打開超聲開關(guān)，更換紫外燈管，實現(xiàn)機身的自清潔。

實施例1恒溫-氙燈-紫外檢測

首先，確定燈管為氙燈，通過燈管更換旋鈕8并安裝好；其次，打開機蓋1，倒入待降解溶液羅丹明B(濃度為1*10^-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安裝好機蓋，通入循環(huán)冷凝水，冷凝水由進水口6進入，從出水口7排出；打開氣體流量計11，由通氣泵12泵入空氣；打開磁力攪拌開關(guān)，通過調(diào)節(jié)面板調(diào)節(jié)燈源電流為8A以及溫度恒溫25℃；在可更換濾膜的濾頭19處安裝好新的濾膜；關(guān)閉出水口閥門16和pH計閥門17，開始計時，每隔10分鐘，打開紫外檢測閥門20，使溶液進入比色皿21，通過電腦顯示器記錄溶液的紫外吸收值，一共取6次樣結(jié)束；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉冷凝水及所有開關(guān)；關(guān)閉pH計閥門17和紫外檢測閥門20，打開出水口閥門16，將溶液從出水口排出。降解溶液羅丹明B的紫外圖譜請參見圖5。其中，第一個為初始的羅丹明B的紫外圖譜(圖譜峰面積與濃度成正比，峰面積減小，羅丹明B濃度減小)，之后，每隔10分鐘有反應(yīng)溶液進入比色皿，紫外分光光度計會記錄其相應(yīng)的圖譜，共7個樣。有圖譜可以看出，催化劑p25降解羅丹明B隨時間，光強變化的趨勢，表明該光反應(yīng)器為較理想的實驗用的光催化反應(yīng)器。

實施例2恒溫-氙燈-pH檢測

確定燈管為氙燈，通過燈管更換旋鈕8并安裝好；其次，打開機蓋1，倒入待反應(yīng)的溶液甲醇(100mL)，加入鈷卟啉類催化劑(100mg)，并安裝好機蓋，通入循環(huán)冷凝水，冷凝水由進水口6進入，從出水口7排出；打開氣體流量計11，由通氣泵12泵入氧氣，并由流量計調(diào)節(jié)氣體流量為1個單位大氣壓；打開磁力攪拌開關(guān)，通過調(diào)節(jié)面板調(diào)節(jié)燈源電流為8A以及溫度恒溫25℃；在可更換濾膜的濾頭19處安裝好新的濾膜；關(guān)閉出水口閥門16和紫外檢測閥門20，每隔1個小時，打開pH計閥門17，使反應(yīng)的溶液與pH計探頭18接觸，通過顯示面板記錄溶液的pH，一共取6次樣結(jié)束；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉冷凝水及所有開關(guān)；關(guān)閉pH計閥門17和紫外檢測閥門20，打開出水口閥門16，將溶液從出水口排出。催化氧化甲醇的pH值參照圖6，其中，隨著反應(yīng)時間，pH逐漸變小，說明反應(yīng)物甲醇在逐漸反應(yīng)變成甲醛，從而導(dǎo)致pH逐漸變小。

實施例3恒溫-超聲-紫外燈-紫外檢測

確定燈管為紫外燈，通過燈管更換旋鈕8并安裝好；其次，打開機蓋1，倒入待降解溶液亞甲基藍(濃度為1*10^-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安裝好機蓋，通入循環(huán)冷凝水，冷凝水由進水口6進入，從出水口7排出；打開氣體流量計11，由通氣泵12泵入臭氧，并由流量計調(diào)節(jié)氣體流量為1個單位大氣壓；打開超聲，磁力攪拌開關(guān)，通過調(diào)節(jié)面板調(diào)節(jié)燈源電流為8A以及溫度恒溫25℃；在可更換濾膜的濾頭19處安裝好新的濾膜；關(guān)閉出水口閥門16和pH計閥門17，開始計時，每隔10分鐘，打開紫外檢測閥門20，使溶液進入比色皿21，通過電腦顯示器記錄溶液的紫外吸收值，一共取6次樣結(jié)束；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉冷凝水及所有開關(guān)；關(guān)閉pH計閥門17和紫外檢測閥門20，打開出水口閥門16，將溶液從出水口排出。

實施例4恒溫-超聲-氙燈-紫外-pH檢測

確定燈管為氙燈，通過燈管更換旋鈕8并安裝好；其次，打開機蓋1，倒入待降解溶液X3B(濃度為1*10^-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安裝好機蓋，通入循環(huán)冷凝水，冷凝水由進水口6進入，從出水口7排出；打開氣體流量計11，由通氣泵12泵入氧氣，并由流量計調(diào)節(jié)氣體流量為1個單位大氣壓；打開超聲攪拌開關(guān)，通過調(diào)節(jié)面板調(diào)節(jié)燈源電流為8A以及溫度恒溫25℃；在可更換濾膜的濾頭19處安裝好新的濾膜；關(guān)閉出水口閥門16和紫外檢測閥門20，每隔20分鐘，打開pH計閥門17，使反應(yīng)的溶液與pH計探頭18接觸，通過顯示面板記錄溶液的pH，取樣結(jié)束后，關(guān)閉pH計閥門17，打開紫外檢測閥門20，使溶液進入比色皿21，通過電腦顯示器記錄溶液的紫外吸收值，一共取6次樣結(jié)束；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉冷凝水及所有開關(guān)；關(guān)閉pH計閥門17和紫外檢測閥門20，打開出水口閥門16，將溶液從出水口排出。

實施例5儀器自清潔

將燈源確定為紫外燈，并調(diào)節(jié)電流為8A；將一定體積自來水倒入反應(yīng)裝置；通入臭氧，并打開超聲開關(guān)；反應(yīng)1～2小時，對反應(yīng)裝置進行凈化及消毒；反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉臭氧，將水從出水口閥門16排出，關(guān)閉紫外燈及超聲開關(guān)。

以上的實施例僅是用來說明本實用新型的技術(shù)方案，而并非作為對本實用新型的限定，任何基于本實用新型的實質(zhì)對以上所述實施例所作的變化、變形，都將落在本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。