專利名稱：一種垂直連續(xù)光催化反應裝置及其應用的制作方法
技術領域：
該發(fā)明涉及一種光催化反應裝置及其應用，尤其涉及一種可用于垂直連續(xù)光催化 降解液相或氣相有機物污染物的裝置及其應用。
背景技術：
半導體光催化劑用于光催化降解液相或氣相有機物污染物的研究早在上世紀80 年代就引起了研究人員的廣泛關注，隨著研究的深入，在小環(huán)境污染處理方面得到了一定 的應用?，F(xiàn)在使用的光催化劑大多是顆粒粉末，一方面使用后回收困難，易造成環(huán)境的二次 污染；另一方面它是間斷式光催化反應，催化劑的回收會增加儀器設備和生產成本。目前連續(xù)光催化大多采用將催化劑負載于薄膜，纖維等基體上，這些方法大多存 在，如催化劑活性面減少，催化劑容易脫落等問題。對于直接應用一維催化劑纖維作為多孔 基體來用于過濾和光催化降解有機污染物還未見報道。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有催化劑回收困難，間歇式反應和催化劑負載技術的不足等問題，本發(fā)明 要解決的是提供一種垂直連續(xù)光催化反應裝置及其在催化降解液相或氣相有機物污染物 中的應用。本發(fā)明所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述反應裝置為圓柱體結 構，體壁為玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側留有出水口，管上部設有玻璃 外管套帽，套帽直徑近邊的1/6-1/4處設有進水口，套帽的幾何中心處設有紫外燈電源線 出口 ；裝置內部由內置光催化光源、石英玻璃內套管和多孔漏斗構成，其中所述內置光催化 光源為U型紫外燈，長度與玻璃外套管高度等長，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端 位于裝置頂端，電源線由電源線出口引出，所述石英玻璃內套管套于內置光催化光源外并 與玻璃外套管高度等長，所述多孔漏斗垂直均勻地排列于玻璃外套管內，且漏斗的下邊緣 與石英玻璃內套管緊密連接，漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間 隔不少于1厘米。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置中，所述內置光催化光源優(yōu)選采用36W的U型紫外 燈；根據(jù)具體情況，還可替換為不同功率，不同規(guī)格的紫外燈或可見光燈。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置中，所述多孔漏斗優(yōu)選多孔玻璃漏斗、多孔陶瓷漏 斗或多孔木質陶瓷漏斗。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置中，所述多孔漏斗優(yōu)先采用1-10個(節(jié))垂直均勻 地排列于玻璃外套管內。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置中，所述多孔漏斗內壁與石英內套管夾角優(yōu)選為30度。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置，所述多孔漏斗的數(shù)量、大小，孔直徑和數(shù)量，以及 夾角可根據(jù)實際具體要求改變。
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上述垂直連續(xù)光催化反應裝置，所述多孔漏斗優(yōu)先選用二氧化鈦基催化濾紙、氧 化鋅基催化濾紙或氧化鐵基催化濾紙作為催化劑基濾紙；其中，最優(yōu)選用二氧化鈦基催化
濾紙O本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應裝置在污水處理中的應用。利用上述垂直連續(xù)光催化裝置，以常見的液相污染物——濃度為10-60mg/L的甲 基橙為處理物實施處理。光催化降解條件以20-60W的紫外燈為紫外光源，采用1-10個垂直均勻地排列于 玻璃外套管內的多孔玻璃漏斗，漏斗壁與內石英內套管的夾角為30度，漏斗間排列的距離 間隔為2厘米。以基于二氧化鈦納米帶的納米紙為光催化劑，所述二氧化鈦納米紙附著于 多孔漏斗內壁。如甲基橙濃度為20mg/L，以20mL/分鐘流速通過多節(jié)附有二氧化鈦濾紙的多孔 漏斗，檢測流出溶液的甲基橙濃度，結果本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應裝置的降解率為 100%。本發(fā)明是一種高效的垂直連續(xù)光催化裝置，采用催化劑基濾紙，進行連續(xù)光催化 反應，解決了催化劑回收問題，同時還可進行污水過濾處理。


圖1連續(xù)光催化裝置整體圖其中，1.光催化光源，2.石英玻璃內套管，3.多孔漏斗，4.催化劑基濾紙，5.玻璃 外套管，6.玻璃外套帽，7.進水口，8.出水口，9.電源線。圖2連續(xù)光催化裝置工作圖。圖3降解甲基橙溶液效果圖。圖4降解甲基藍溶液效果圖。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應裝置以圖1所示。所述反應裝置為圓柱體結構，體壁為玻璃外套管5，玻璃外套管下端密封，僅在底 部一側留有出水口 8，管上部設有玻璃外管套帽6，套帽直徑近邊的1/5處設有進水口 7，套 帽的幾何中心處設有紫外燈電源線出口 ；裝置內部由內置光催化光源1、石英玻璃內套管2 和多孔漏斗3構成，其中所述內置光催化光源為20-60W的U型紫外燈，長度與玻璃外套管 高度等長，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端位于裝置頂端，電源線9由電源線出口 引出，所述石英玻璃內套管套于內置光催化光源外并與玻璃外套管高度等長，所述多孔漏 斗為5個垂直均勻地排列于玻璃外套管內，且漏斗的下邊緣與石英玻璃內套管緊密連接， 漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間隔為2厘米。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置中，所述多孔漏斗選多孔玻璃漏斗。上述垂直連續(xù)光催化反應裝置，所述多孔漏斗催化劑基濾紙4選用二氧化鈦基催 化濾紙，二氧化鈦基催化濾紙貼于多孔漏斗內壁，同時橫流泵接于進水口控制污水進入速 度在20-60ml/分鐘。
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上述二氧化鈦基濾紙的制備過程參考相應專利(一種二氧化鈦納米紙及其制備 方法,專利號:200710017081. 6)。實施例2以實施例1所述裝置為實驗裝置，以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進行光催化降解反應。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%，如圖3所示。實施例3以實施例1所述裝置為實驗裝置，以濃度為40mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進行光催化降解反應。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%。實施例4以實施例1所述裝置為實驗裝置，以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進水口以20ml/分鐘速度流入。接通20W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進行光催化降解反應。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%。實施例5以實施例1所述裝置為實驗裝置，以濃度為30mg/L甲基藍水溶液通過橫流泵，由 進水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進行光催化降解反應。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基藍溶液的降解率為100%，如圖4所示。實施例6以實施例1所述裝置為實驗裝置，以濃度為20mg/L羅丹妮B水溶液通過橫流泵， 由進水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二 氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進行光催化降解反應。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙 的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。羅丹妮B溶液的降解率為100%。實施例7以實施例1所述裝置為基礎，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設為2節(jié))進行連續(xù)光催化實 驗。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進 行光催化降解反應。通過2節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為64.5%。實施例8以實施例1所述裝置為基礎，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設為3節(jié))進行連續(xù)光催化實 驗。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進 行光催化降解反應。通過3節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為94.3%。
實施例9以實施例1所述裝置為基礎，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設為4節(jié))進行連續(xù)光催化實 驗。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進 行光催化降解反應。通過4節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為100%。
權利要求
1.一種垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述反應裝置為圓柱體結構，體壁為玻 璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側留有出水口，管上部設有玻璃外管套帽，套 帽直徑近邊的1/6-1/4處設有進水口，套帽的幾何中心處設有紫外燈電源線出口 ；裝置內 部由內置光催化光源、石英玻璃內套管和多孔漏斗構成，其中所述內置光催化光源為U型 紫外燈，長度與玻璃外套管高度等長，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端位于裝置頂 端，電源線由電源線出口引出，所述石英玻璃內套管套于內置光催化光源外并與玻璃外套 管高度等長，所述多孔漏斗垂直均勻地排列于玻璃外套管內，且漏斗的下邊緣與石英玻璃 內套管緊密連接，漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間隔不少于1 厘米。
2.如權利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述內置光催化光源 采用36W的U型紫外燈。
3.如權利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述多孔漏斗是多孔 玻璃漏斗、多孔陶瓷漏斗或多孔木質陶瓷漏斗。
4.如權利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述多孔漏斗采用 1-10個垂直均勻地排列于玻璃外套管內。
5.如權利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述多孔漏斗內壁與 石英內套管夾角為30度。
6.如權利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應裝置，其特征在于，所述多孔漏斗選用二 氧化鈦基催化濾紙、氧化鋅基催化濾紙或氧化鐵基催化濾紙作為催化劑基濾紙。
7.權利要求1所述垂直連續(xù)光催化反應裝置在污水處理中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直連續(xù)光催化反應裝置，所述反應裝置為圓柱體結構，體壁為玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側留有出水口，管上部設有玻璃外管套帽，套帽直徑近邊的1/6-1/4處設有進水口，套帽的幾何中心處設有紫外燈電源線出口；裝置內部由內置光催化光源、石英玻璃內套管和多孔漏斗構成。本發(fā)明裝置具有可簡單拆卸和搭建，實用性強，高效連續(xù)光催化的特點，并實現(xiàn)了連續(xù)光催化，達到了高效連續(xù)光催化降解有機物的效果。
文檔編號B01D53/86GK102060349SQ20101052571
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者劉宏, 周偉家, 堵國君, 李建華, 王繼揚, 胡培廣 申請人:山東大學