本發(fā)明屬于光催化反應(yīng)模塊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊及反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步及生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量有了更高的要求，光催化技術(shù)以其自身具備的諸多優(yōu)勢(shì)成為環(huán)境污染治理的理想技術(shù)之一。近年來(lái)，光催化技術(shù)引起越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注，而光催化反應(yīng)模塊作為光催化過(guò)程的核心設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)直接決定了光催化處理污染物的效果。

目前，光催化反應(yīng)模塊主要有三大類：流化床式光催化反應(yīng)模塊、填充床式光催化反應(yīng)模塊、涂膜式光催化反應(yīng)模塊。流化床式光催化反應(yīng)模塊一般為柱狀,光催化劑以粉體等顆粒形式填充在反應(yīng)模塊中,通過(guò)鼓氣等方法使催化劑粉體與污染物充分接觸，在光的照射下將吸附在表面的污染物降解、礦化。填充床式光催化反應(yīng)模塊是反應(yīng)模塊內(nèi)填充光催化劑顆?；虮砻嫱坑泄獯呋瘎┑墓枘z、γ-氧化鋁、石英砂、玻璃珠等顆粒物，通過(guò)污染物流經(jīng)光催化劑形成的固定床來(lái)實(shí)現(xiàn)催化劑粉體與污染物充分接觸，在光的照射下將吸附在表面的污染物降解、礦化。涂膜式光催化反應(yīng)模塊主要是將光催化劑涂抹在反應(yīng)模塊的內(nèi)外壁、燈管、不銹鋼片、鈦片、石英導(dǎo)光管、石英光纖等材料表面，在光的照射下將吸附在表面的污染物降解、礦化。

上述三大類已有光催化反應(yīng)模塊存在以下缺陷：前兩種類型的反應(yīng)模塊經(jīng)過(guò)不斷的設(shè)計(jì)并改進(jìn)，達(dá)到了一定的催化效果，但是目前流化床式光催化反應(yīng)模塊和填充床式光催化反應(yīng)模塊中普遍存在流阻大和傳質(zhì)受限等問(wèn)題，導(dǎo)致其很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大。涂膜式光催化反應(yīng)模塊克服了前兩種類型反應(yīng)模塊流阻大的缺點(diǎn)，且在傳質(zhì)方面優(yōu)于填充床式光催化反應(yīng)模塊，尤其涂膜式光催化反應(yīng)模塊更容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大。然而，現(xiàn)有涂膜式光催化反應(yīng)模塊在傳質(zhì)方面仍有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊及反應(yīng)器，其為基于均勻光場(chǎng)的條件下強(qiáng)化傳質(zhì)，使污染物與催化劑充分接觸，促使污染物高效降解及礦化。

對(duì)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊，其包括支架，所述支架內(nèi)設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板上固載了光催化劑；所述導(dǎo)流板為多個(gè)折槽依次相互連接而成，相鄰導(dǎo)流板的折槽的折線與支架水平面的夾角不同。其中，所述導(dǎo)流板為多個(gè)折槽相互連接而成，所述導(dǎo)流板從外形看，形成波浪的折疊形狀。

采用此技術(shù)方案，將固載了光催化劑的板做成帶折槽的導(dǎo)流板，提高催化劑的負(fù)載面積，增大了催化劑與污染物充分接觸機(jī)會(huì)，以不同的角度放置折槽導(dǎo)流板并進(jìn)行組合，組合導(dǎo)流板的折槽形成螺旋式前進(jìn)的角度分布，以在保持低流阻的情況下實(shí)現(xiàn)螺旋式流體，在均勻光場(chǎng)的條件下，使污染物與催化劑充分接觸，促使污染物高效降解及礦化。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)流板為柵網(wǎng)。采用此技術(shù)方案，進(jìn)一步降低流阻。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)導(dǎo)流板的折槽的折角為60~150度。每個(gè)導(dǎo)流板的折槽的折角相同，即折線平行。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)導(dǎo)流板的折槽的折角為90度。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述折槽的深度不大于均勻光場(chǎng)中的光源間距。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流板的板間距不小于折槽的深度。進(jìn)一步的，所述導(dǎo)流板的板間距與折槽的深度相等。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，導(dǎo)流板按照沿著流體傳輸方向，導(dǎo)流板的折槽的折線與支架水平面的夾角依次間隔1~15度設(shè)置。進(jìn)一步的，沿著流體傳輸方向，所述導(dǎo)流板的折槽折線與支架模塊水平面的夾角依次間隔的角度相同。進(jìn)一步的，沿著流體傳輸方向，導(dǎo)流板的折槽折線與支架模塊水平面的夾角依次間隔15度設(shè)置。采用此技術(shù)方案，使經(jīng)過(guò)模塊中的折槽的流體形成螺旋式前進(jìn)，降低了流阻，同時(shí)增大污染物與催化劑充分接觸，提高了傳質(zhì)效率。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，導(dǎo)流板按照沿著流體傳輸方向，導(dǎo)流板的折槽折線與支架水平面的夾角依次按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°依次設(shè)置。采用此技術(shù)方案，在有限的模塊體積內(nèi)，大大降低了流阻，同時(shí)增大催化劑與污染物充分接觸，提高了傳質(zhì)效率。

本發(fā)明還公開了一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)器，其包括至少一個(gè)如上任意一項(xiàng)所述的基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊。其中，基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊可以沿著流體傳輸方向排列，也可以垂直于流體傳輸方向排列。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著流體傳輸方向，后一個(gè)基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊為前一個(gè)基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊旋轉(zhuǎn)90度后設(shè)置。優(yōu)選的，所述反應(yīng)器包括至少四個(gè)基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊，4模塊連續(xù)旋轉(zhuǎn)至360度后周而復(fù)始。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，沿著垂直于流體傳輸方向的橫截面，所述基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊層疊設(shè)置，其中，每個(gè)模塊中上下對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流板的折槽折線與水平面的夾角相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

第一，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將固載了光催化劑的導(dǎo)流板做成折槽形，且以不同的角度放置折槽導(dǎo)流板并進(jìn)行組合，使折槽形成螺旋式前進(jìn)的角度分布，以在保持低流阻的情況下，實(shí)現(xiàn)螺旋式導(dǎo)流，增加了傳質(zhì)時(shí)間，提高了傳質(zhì)效率，從而強(qiáng)化了傳質(zhì)效果。

第二，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，反應(yīng)模塊結(jié)構(gòu)具有周而復(fù)始的性質(zhì)，易于放大；而且以柵網(wǎng)為光催化劑固載基材，流阻小，能耗低，傳質(zhì)效率高，當(dāng)量處理量的能耗極大降低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的導(dǎo)流板的折槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的導(dǎo)流板的折槽折線與導(dǎo)流板底邊夾角為0°的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例的導(dǎo)流板的折槽折線與導(dǎo)流板底邊夾角為15°的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一種實(shí)施例的導(dǎo)流板的折槽折線與導(dǎo)流板底邊夾角為30°的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明一種實(shí)施例的導(dǎo)流板的折槽折線與導(dǎo)流板底邊夾角為45°的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊傳質(zhì)實(shí)際效果對(duì)比圖。其中7a為對(duì)比例1的7塊0°折槽形導(dǎo)流板排列而成的反應(yīng)器的液體流態(tài)圖，7b為實(shí)施例2的7塊按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°折槽形導(dǎo)流板依次排列的反應(yīng)器的液體流態(tài)圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例2和對(duì)比例1的傳質(zhì)時(shí)間對(duì)照?qǐng)D。

圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是本發(fā)明實(shí)施例3的一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)器的導(dǎo)流后傳質(zhì)的仿真效果圖。

附圖標(biāo)記包括：1-支架，2-導(dǎo)流板，21-第一導(dǎo)流板，22-第二導(dǎo)流板，23-第三導(dǎo)流板，24-第四導(dǎo)流板，25-第五導(dǎo)流板，26-第六導(dǎo)流板，27-第七導(dǎo)流板，3-折槽，4-底邊。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

如圖1~圖6所示，一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊，其包括支架1，所述支架1內(nèi)設(shè)有多個(gè)導(dǎo)流板2，所述導(dǎo)流板2上固載了光催化劑；所述導(dǎo)流板2為多個(gè)折槽3相互連接而成，每個(gè)導(dǎo)流板2的折槽3折角相同，即折線平行，每個(gè)導(dǎo)流板2的折槽3的折角為90度。所述折槽3的深度不大于均勻光場(chǎng)中的光源間距。相鄰導(dǎo)流板2的折槽3的折線與支架1水平面的夾角不同。所述導(dǎo)流板2為柵網(wǎng)。所述導(dǎo)流板2的板間距不小于折槽3的深度，典型的板間距為折槽3深度。折槽3的示意圖如圖1所示。

沿著流體傳輸方向，即從支架1的一側(cè)到另一側(cè)，導(dǎo)流板2的折槽3折線與支架1水平面的夾角依次間隔15度循環(huán)設(shè)置。即沿著流體傳輸方向，導(dǎo)流板2的折槽3折線與支架1水平面的夾角依次按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°依次設(shè)置。具體而言，該模塊的支架1內(nèi)沿著流體傳輸方向依次包括有第一導(dǎo)流板21、第二導(dǎo)流板22、第三導(dǎo)流板23、第四導(dǎo)流板24、第五導(dǎo)流板25、第六導(dǎo)流板26和第七導(dǎo)流板27，上述導(dǎo)流板2為將正方形的柵網(wǎng)制備成折槽3形。如圖2所示，所述第一導(dǎo)流板21的折槽3折線與柵網(wǎng)的底邊4成0°，也就是平行于底邊4進(jìn)行折疊。如圖3所示，所述第二導(dǎo)流板22的折槽3折線與柵網(wǎng)的底邊4成15°。如圖4所示，所述第三導(dǎo)流板23的折槽3折線與柵網(wǎng)的底邊4成30°。如圖5所示，所述第四導(dǎo)流板24的折槽3的折線與柵網(wǎng)的底邊4成45°，所述第五導(dǎo)流板25的折槽3的折線與柵網(wǎng)的底邊4成60°，所述第六導(dǎo)流板26的折槽3的折線與柵網(wǎng)的底邊4成75°，所述第七導(dǎo)流板27的折槽3的折線與柵網(wǎng)的底邊4成90°。將上述導(dǎo)流板2裝入支架1內(nèi)，導(dǎo)流板2的底邊4位于支架1的底部，如圖6所示，也就是導(dǎo)流板2的底邊4位于支架1的水平面上，這樣，折槽3形導(dǎo)流板2依照折槽3折線與底邊4形成的角度依次按照間隔一定角度排開，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

實(shí)施例2

如圖6所示，按照實(shí)施例1的模塊制備成單一模塊的光催化反應(yīng)器，其包括7塊導(dǎo)流板，7塊導(dǎo)流板的折槽3折線與導(dǎo)流板底邊的夾角按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°折槽形導(dǎo)流板依次排列。

對(duì)比例1

一種單一模塊的光催化反應(yīng)器，其包括7塊導(dǎo)流板，所有導(dǎo)流板的折槽折線與導(dǎo)流板底邊夾角為0°，也就是所有導(dǎo)流板的折槽折線為水平的。

將實(shí)施例2和對(duì)比例1進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，如圖7和8為傳質(zhì)的實(shí)際效果圖，其中圖7a為7塊0°折槽形導(dǎo)流板排列而成的反應(yīng)器的液體流態(tài)圖，圖7b為7塊按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°折槽形導(dǎo)流板依次排列的反應(yīng)器的液體流態(tài)圖，圖8為當(dāng)量液體流經(jīng)圖6兩個(gè)反應(yīng)器時(shí)需要的時(shí)間。由圖7a和7b對(duì)照可以看到，當(dāng)導(dǎo)流板按照一定角度旋轉(zhuǎn)方向，形成了更為廣泛的流體分布，這主要是導(dǎo)流板螺旋式導(dǎo)流造成。由圖8可以看到，導(dǎo)流后明顯增加了傳質(zhì)時(shí)間，強(qiáng)化了傳質(zhì)，提高了傳質(zhì)效率。

實(shí)施例3

如圖9所示，一種基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)器，其包括至少兩個(gè)如實(shí)施例1所述的基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊，本實(shí)施例沿著流體傳輸方向有四個(gè)模塊，垂直于流體傳輸方向有兩層，一共8個(gè)模塊。在沿著垂直于流體傳輸方向的橫截面上，模塊簡(jiǎn)單復(fù)制放大，即模塊不做旋轉(zhuǎn)，直接堆疊。在沿著流體傳輸方向上，后一個(gè)基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊為前一個(gè)基于均勻光場(chǎng)的低流阻高傳質(zhì)光催化反應(yīng)模塊旋轉(zhuǎn)90度后設(shè)置，也就是模塊依次旋轉(zhuǎn)90°，即0°進(jìn)90°出、90°進(jìn)180°出、180°進(jìn)270°出、270°進(jìn)360°/0°出，周而復(fù)始。

傳質(zhì)的計(jì)算模擬效果圖如圖10所示。由圖10可知，導(dǎo)流后能形成明顯的螺旋式流體，增加擾動(dòng)，強(qiáng)化傳質(zhì)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。