一種超聲水洗式光催化空氣凈化裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲水洗式光催化空氣凈化裝置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]光催化技術(shù)處理環(huán)境污染是一項具有廣闊應(yīng)用前景的綠色技術(shù)，目前國際上關(guān)注較多，主要體現(xiàn)在其高效、快速、廉價且對環(huán)境無害，其優(yōu)點是反應(yīng)條件溫和、易操作，能直接利用太陽光。光催化能把自然界存在的光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，依靠半導(dǎo)體材料有效吸收光能產(chǎn)生具有極強還原能力和氧化能力的光生電子和空穴，在半導(dǎo)體催化劑表面發(fā)生直接或間接的氧化還原反應(yīng)，最終將環(huán)境污染物徹底消除。
[0003]從目前的研究進展來看，在廢水處理和室內(nèi)空氣凈化領(lǐng)域中，實用化的光催化劑主要是以薄膜光催化劑為主，這是由于光催化劑固定為薄膜后，易回收，但同時也造成了光催化劑性能大大下降的問題。而利用光催化劑懸浮體系進行光催化氧化雖已取得一定的成果，加之，粉基光催化劑由于其具有密度高、比表面積大、流態(tài)接觸性反應(yīng)好等特點，是目前效率最高的光催化處理形式，但粉基光催化劑也存在容易流失、難以回收再利用等技術(shù)問題，這也成為實際應(yīng)用中的技術(shù)障礙和瓶頸。
[0004]授權(quán)公告號為CN 100355487 C的中國發(fā)明專利公布了一種超聲霧化催化空氣凈化裝置，在殼體外進風(fēng)口的一側(cè)設(shè)安裝有水位標(biāo)尺和進水閥以及放水閥的儲水槽、出風(fēng)口的一側(cè)設(shè)有與儲水槽和殼體內(nèi)相聯(lián)通的回水槽，在會水槽內(nèi)設(shè)過濾器，在殼體內(nèi)的進風(fēng)口端設(shè)下端位于儲水槽內(nèi)的導(dǎo)霧管，在儲水槽內(nèi)導(dǎo)霧管下設(shè)霧化器，在殼體內(nèi)導(dǎo)霧管氣流下方下游殼體上設(shè)1-4個安裝有超聲空氣換能器的換能器支架，在殼體內(nèi)超聲空氣換能器下游殼體上設(shè)光催化三維網(wǎng)，超聲空氣換能器與光催化三維網(wǎng)之間設(shè)殺菌紫外燈，在導(dǎo)霧管與光催化三維網(wǎng)之間的殼體內(nèi)壁上設(shè)聲波反射板以及下聲波反射板，光催化三維網(wǎng)的上游以及下游設(shè)光催化紫外燈。上述專利公布的技術(shù)方案主要采用光催化劑固定在光催化三維網(wǎng)的方式，這樣的固定方式雖然有利于光催化劑的回收利用，但同時也造成了光催化劑性能大大下降的問題，主要是由光催化劑固定造成比表面積和固定需要的粘結(jié)劑覆蓋大量的活性位導(dǎo)致。相比于上述對比專利文獻，本發(fā)明采用光催化劑懸浮體系進行光催化凈化，能有效避免光催化劑性能下降，加之，粉基光催化劑由于其具有密度高、比表面積大、流態(tài)接觸性反應(yīng)好等特點，結(jié)合反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)特點，能有效克服粉基光催化劑容易流失、難以回收再利用等技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安全穩(wěn)定，能將超聲霧化和水洗相結(jié)合進行連續(xù)性反應(yīng)，用以降解氣體中有機污染物的超聲水洗式光催化空氣凈化裝置及其應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種超聲水洗式光催化空氣凈化裝置，該裝置包括盛有液態(tài)光催化劑的盒式槽體以及反扣在盒式槽體內(nèi)的氣盒，該氣盒與盒式槽體共同構(gòu)成反應(yīng)腔體，所述的氣盒上設(shè)有隔板，該隔板將反應(yīng)腔體分隔成底部相通的超聲反應(yīng)腔及水洗反應(yīng)腔，所述的超聲反應(yīng)腔底部設(shè)有浸沒于液態(tài)光催化劑中的超聲波發(fā)生器，頂部設(shè)有第一紫外燈，該第一紫外燈沿水平方向設(shè)置在液態(tài)光催化劑液面上方，所述的水洗反應(yīng)腔中設(shè)有沿豎直方向插設(shè)在液態(tài)光催化劑中的第二紫外燈以及設(shè)置在第二紫外燈下方的氣盤。
[0008]所述的裝置還包括與盒式槽體相連通的補水箱、與盒式槽體配合使用的循環(huán)氣栗以及分別與循環(huán)氣栗、超聲波發(fā)生器、第一紫外燈及第二紫外燈電連接的電控箱。
[0009]所述的氣盒上部右側(cè)面上設(shè)有紫外燈安裝孔以及多個供外界空氣進入超聲反應(yīng)腔的進氣口，并且所述的氣盒上部左側(cè)面上設(shè)有用于排出水洗反應(yīng)腔氣體的出氣口。
[0010]所述的第一紫外燈穿過紫外燈安裝孔，并通過管螺母及密封圈水平固定在超聲反應(yīng)腔頂部。
[0011]所述的隔板底部開設(shè)有多個將超聲反應(yīng)腔與水洗反應(yīng)腔連通的過流孔。
[0012]所述的超聲波發(fā)生器底部設(shè)有調(diào)節(jié)支架，并通過調(diào)節(jié)支架可上下升降地設(shè)置在液態(tài)光催化劑中。
[0013]所述的氣盤上開設(shè)有多個釋氣口，所述的循環(huán)氣栗將超聲反應(yīng)腔中的反應(yīng)氣團抽入氣盤中，經(jīng)釋氣口呈微泡狀浮出。
[0014]所述的循環(huán)氣栗的栗進氣口與栗出氣口處還分別設(shè)有栗進氣管、栗出氣管；
[0015]所述的栗進氣管一端固定在隔板上方，另一端通過設(shè)置在氣盒頂面的穿管孔連接至循環(huán)氣栗的栗進氣口；
[0016]所述的栗出氣管一端與氣盤連通，另一端通過設(shè)置在氣盒頂面的穿孔管連接至循環(huán)氣栗的栗出氣口。
[0017]所述的補水箱與盒式槽體之間還設(shè)有控流閥，并且所述的補水箱的頂部還設(shè)有透氣閥以及補水閥。
[0018]所述的光催化空氣凈化裝置用于有機污染廢氣的降解以及無機微?；覊m的去除。
[0019]需要說明的是，本發(fā)明中所述的液態(tài)光催化劑為液態(tài)粉基光催化劑。
[0020]在實際設(shè)計時，所述的第一紫外燈及第二紫外燈上分別設(shè)有燈線盒，并且燈線盒通過電路與電控箱電連接；所述的超聲波發(fā)生器的超聲電線穿過開設(shè)在氣盒側(cè)壁上的線纜孔，與設(shè)置在電控箱中的超聲波發(fā)生器電源連接。
[0021]本發(fā)明的主要涉及思路即為利用粉基光催化劑，在懸浮體系中，通過超聲霧化和水洗組合技術(shù)進行連續(xù)反應(yīng)，同時可高效地回收光催化劑，并高效發(fā)揮粉基光催化劑的光催化性能。
[0022]本發(fā)明光催化空氣凈化裝置中:
[0023]I)設(shè)置超聲反應(yīng)腔，由超聲波發(fā)生器將粉基光催化懸浮液振蕩霧化，與污染氣體接觸混合，通過紫外光線激發(fā)，氧化降解有機污染物；
[0024]2)設(shè)置水洗反應(yīng)腔，由循環(huán)氣栗將超聲光催化處理后的氣體抽入該腔體內(nèi)的粉基光催化液中，曝氣水洗無機微粒，同時，還能進行紫外光線激勵的深度氧化降解有機污染物，氣體污染物得到減量后逸出液面排放，超聲反應(yīng)腔抽氣后負壓自動補氣，形成連續(xù)反應(yīng)處理流程；
[0025]3)連通超聲反應(yīng)腔和水洗反應(yīng)腔內(nèi)的粉基光催化液，維持量、質(zhì)平衡，實現(xiàn)粉基光催化材料的重復(fù)使用；
[0026]4)設(shè)置超聲波發(fā)生器調(diào)節(jié)支架和可控流補水箱，保障粉基光催化液面與超聲波發(fā)生器工作面的適宜距離；
[0027]5)適應(yīng)超聲、水洗的光催化劑的類型為所有的粉基光催化劑:例如，T12粉體光催化劑、ZnO粉體光催化劑、CdS粉體光催化劑等粉基光催化劑或者為兩種或兩種以上的復(fù)合，粉基光催化劑的濃度范圍為0.l-100g/L。
[0028]本發(fā)明光催化空氣凈化裝置的工作原理如下:
[0029]浸沒于液態(tài)粉基光催化劑中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻振蕩，使液態(tài)粉基光催化劑液體表面氣化，形成的霧化云團與進入超聲反應(yīng)腔上部空間的外界污染氣體混合接觸，粉基光催化劑微粒與污染氣體微粒相互接觸，在第一紫外燈光線的照射激發(fā)下，粉基光催化劑微粒產(chǎn)生的強氧化反應(yīng)能力，使與其相接觸的污染氣體中有機污染物被快速降解。隨后，經(jīng)循環(huán)氣栗將該反應(yīng)氣團抽入浸沒在水洗反應(yīng)腔內(nèi)液態(tài)粉基光催化劑中的氣盤，微泡曝氣、混合水洗，洗脫其中無機微粒，同時，在第二紫外燈的照射激勵下，實現(xiàn)深度有機氧化的降解反應(yīng)，最后，被凈化后氣體分離逸出液面，經(jīng)出氣口排放。
[0030]由于循環(huán)氣栗的動力作用，超聲反應(yīng)腔氣團會被不斷送入水洗反應(yīng)腔，并產(chǎn)生負壓，致使外界污染氣體從進氣口自動補入超聲反應(yīng)腔上部的空間中，形成連續(xù)反應(yīng)處理流程。
[0031]隔板底部的過流孔可使超聲反應(yīng)腔和水洗反應(yīng)腔內(nèi)的液態(tài)粉基光催化劑互相流通，用以維持量和質(zhì)的平衡，實現(xiàn)液態(tài)粉基光催化劑的重復(fù)使用。
[0032]而在實際使用時，可以通過調(diào)節(jié)支架對超聲波發(fā)生器的高度進行調(diào)節(jié)，以此來控制霧化云團的產(chǎn)生量。
[0033]補水箱則采用大氣壓差原理，并通過控流閥來保障盒式槽體內(nèi)液態(tài)粉基光催化劑液面的均衡工作高程。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點:
[0035]I)采用以液態(tài)粉基光催化劑為主體的超聲、水洗組合特征技術(shù)工藝，并在一體化的裝置中實現(xiàn)連續(xù)性環(huán)保處理，具有結(jié)構(gòu)簡單、持續(xù)高效、使用便捷的實用特點；
[0036]2)超聲霧化的液態(tài)粉基光催化劑能與受處理污染氣體進行充分混合、接觸，在紫外光線照射激發(fā)下快速有效地氧化降解，再由循環(huán)氣栗將該反應(yīng)氣團輸入紫外光照射條件下的液態(tài)粉基光催化劑中進行水洗和二級氧化反應(yīng)降解，處理后的潔凈氣體逸出水面釋放，實現(xiàn)二次降解，有效提高有機污染氣體的降解效率；
[0037]3)采用的液態(tài)粉基光催化劑，其密度高、比表面積大，參與流態(tài)接觸性反應(yīng)的氣、液、固三相混合充分，反應(yīng)界面更新快，光激勵氧化降解，反應(yīng)連續(xù)、快速，可使裝置的光催化效應(yīng)達到盡可能大；
[0038]4)尤為突出的是，裝置還能夠?qū)崿F(xiàn)水洗后氣體逸出，光催化劑微粒被洗脫截留的技術(shù)效果，這能有效解決液態(tài)粉基光催化劑易流失及回收再利用困難的技術(shù)問題；
[0039]5)整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，安全穩(wěn)定，無二次污染，對生態(tài)環(huán)境友好，具有優(yōu)異的可持續(xù)性，適用于工農(nóng)業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域的污染廢氣體處理，具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明裝置左視剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖中標(biāo)記說明:
[0043]1、氣盤，2、釋氣口，3、盒式槽體，4、水洗反應(yīng)腔，5、出氣口，6、第二紫外燈，7、穿管孔、8、栗進氣管，9、栗出氣管，10、隔板，11、過流孔，12、氣盒，13、超聲反應(yīng)腔，14、第一紫外燈，15、管螺母，16、密封圈，17、燈線盒，18、超聲電線，19、超聲波發(fā)生器，20、調(diào)節(jié)支架，21、液態(tài)光催化劑，22、線纜孔，23、進氣口，24、透氣閥，25、補水閥，26、補水箱，27、控流閥，28、
電控箱。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0045]實施例1:
[0046]如圖1-2所示，一種超聲水洗式光催化空氣凈化裝置，包括盛有液態(tài)光催化劑21的盒式槽體3以及反扣在盒式槽體3內(nèi)的氣盒12，該氣盒12與盒式槽體3共同構(gòu)成反應(yīng)腔體，氣盒12上設(shè)有隔板10，該隔板10將反應(yīng)腔體分隔成底部相通的超聲反應(yīng)腔13及水洗反應(yīng)腔4，超聲反應(yīng)