專利名稱：光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法及有機(jī)污染物廢水處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑的生產(chǎn)方法及應(yīng)用該網(wǎng)狀催 化劑的有機(jī)污染物廢水處理裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)我國(guó)洗滌劑工業(yè)發(fā)展迅速，其產(chǎn)量逐年增加。2005年我國(guó)合成洗滌劑產(chǎn)量為510 萬(wàn)噸，2006年為550萬(wàn)噸，2007年已達(dá)600萬(wàn)噸，2008年預(yù)計(jì)為650萬(wàn)噸。目前我國(guó)應(yīng)用比較 多的表面活性劑有陰離子表面活性劑(以直鏈烷基苯磺酸鈉LAS為主)占總量的70。/。；非離子 表面活性劑占總量的20%;其他占10%。合成洗滌劑用途廣泛，幾乎涉及到家庭生活、工農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的各個(gè)方面。
光催化氧化技術(shù)是上世紀(jì)70年代近三十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)、新方法。光催化是通過 紫外光照射到半導(dǎo)體催化劑時(shí)，處于價(jià)帶的電子(e)就會(huì)被激發(fā)到導(dǎo)帶上，價(jià)帶生成空穴 (h+)，從而分別在價(jià)帶和導(dǎo)帶上產(chǎn)生高活性的光生電子-光生空穴對(duì)，將多種有機(jī)污染物徹 底礦化去除。光催化氧化技術(shù)為各種有機(jī)污染物和還原性無(wú)機(jī)污染物，特別是難生物降解的 有毒有害物質(zhì)的去除，提供了極具前途的環(huán)境污染深度凈化技術(shù)。同時(shí)由于其處理成本低、 分解徹底、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，引起了當(dāng)代科技領(lǐng)域的關(guān)注。
但是光催化氧化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著諸多的不足及制約因素
第一，量子效益低，單純的Ti02光催化劑的光生電子-空隙對(duì)的再?gòu)?fù)合率高，光催化 性能不突出。較低的光量子效率限制了光催化氧化的工業(yè)化應(yīng)用。
第二， Ti02選擇吸附性差，光催化反應(yīng)過程的產(chǎn)物C02極易吸附在催化劑表面極大的降 低了光催化反應(yīng)的速率和選擇性。
第三，有機(jī)污染物降解中間產(chǎn)物復(fù)雜，實(shí)際廢水種類繁多，各類水質(zhì)相差懸殊，污染物 降解難易程度不一，機(jī)制各異，組分之間存在競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，在一定程度上制約了光催化技術(shù)的 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
第四，光催化劑及紫外光源的有效分布與融合問題。
以上幾點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)光催化氧化技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用所必須解決的技術(shù)及工藝問題。所以研究及 開發(fā)高效率的有行業(yè)針對(duì)性的合成新型載體及催化劑或?qū)ζ溥M(jìn)行修飾，優(yōu)化催化劑分布體系 ，以提高光和催化劑的有效利用率，顯著提高光催化氧化降解的效率；開發(fā)光催化氧化技術(shù) 與其他技術(shù)的耦合，從工藝上克服不利因素的制約等新工藝新技術(shù)是光催化技術(shù)的主流發(fā)展方向。也是目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究及開發(fā)的主要課題與需要解決的關(guān)鍵問題所在。
在國(guó)內(nèi)外光催化技術(shù)專利中，用于光催化降解的納米二氧化鈦大都采用懸浮狀或?qū)⑵涓?載在于空心玻璃球、泡沫塑料、樹脂、木削、螺旋彈簧結(jié)構(gòu)載體、多孔陶瓷、纖微絲上制成 漂浮型或固定床式光催化體系，其兩種方式都存在著催化劑與紫外光不能充分有效的接觸與 融合，不能使整個(gè)催化體系中流體催化劑均勻有效的接觸，不利于系統(tǒng)均勻有效的充分反應(yīng) 。無(wú)論是懸浮態(tài)還是填充式固定床催化劑，由于流體通過或氣流攪動(dòng)都會(huì)造成催化劑因碰撞 而損壞，使催化劑流失。因而無(wú)法滿足光催化氧化技術(shù)的工業(yè)化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的問題在于克服現(xiàn)有的陰離子表面活性劑等有機(jī)污染物處理方法存在的不 足，而提供一種使用時(shí)間更長(zhǎng)，效果更好的網(wǎng)狀催化劑的生產(chǎn)方法及應(yīng)用該網(wǎng)狀催化劑的有 機(jī)污染物廢水處理裝置。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供的這種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn) 方法，其特征在于包括如下步驟，
(1) 、用鍍鎳的鐵絲網(wǎng)作為網(wǎng)狀載體，根據(jù)設(shè)備安裝要求剪裁成需要的大??；
(2) 、催化劑混合液按重量比調(diào)配 取l份納米Ti02和3-4份丙酮攪拌均勻，
再加入l-6份環(huán)氧樹脂、1-6份固化劑及適量增塑劑充分混合均勻成膠狀物；
(3) 、將步驟(2)所得的催化劑膠狀物涂在網(wǎng)狀載體上固化；
(4) 、將固化的網(wǎng)狀載體浸泡在丙酮溶液中3-60分鐘。 鍍鎳的鐵絲網(wǎng)可以是不銹鋼網(wǎng)、含鐵、鎳等金屬合金網(wǎng)，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐
蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸止，常溫涼干，保留網(wǎng)上銹斑。
鍍鎳的鐵絲網(wǎng)也可以是普通鐵絲網(wǎng)，再用電鍍或化學(xué)鍍的方法鍍鎳，鍍鎳量少于網(wǎng)基體 表面積的5%，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸止，常溫涼干 ，保留網(wǎng)上銹斑。
催化劑膠狀物涂覆網(wǎng)狀載體上在常溫下自然固化或置于10(A] -1500(]烘箱中固化。 以上網(wǎng)狀載體網(wǎng)目在l/4-8目間可以達(dá)到更好的效果。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是應(yīng)用以上所述的網(wǎng)狀催化劑的有機(jī)污染物廢水處理裝置。 這種應(yīng)用網(wǎng)狀催化劑的有機(jī)污染物廢水處理裝置，包括箱體，其特征在于箱體內(nèi)設(shè)有 多個(gè)相對(duì)獨(dú)立并依次首尾相連的折流室，兩端分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ，折流室內(nèi)間隔疊放 有若干固化有催化劑的立體網(wǎng)狀體，立體網(wǎng)狀體中間開有通孔，紫外光源插置于通孔中，曝氣管設(shè)于折流室底部。
立體網(wǎng)狀體是用若干層網(wǎng)狀載體疊加而成，各層網(wǎng)狀載體間距是網(wǎng)格寬度的l-3倍。 可將網(wǎng)狀載體周邊向底面相對(duì)彎折，中間切工字形切口，并向底面翻折，中間形成用于
插紫外光源的通孔；或者將網(wǎng)狀載體中間直接沖孔或剪孔后，固定于折流室內(nèi)的支架上，支
架層間距以網(wǎng)狀載體網(wǎng)格寬度l-3倍的間距疊加成立體網(wǎng)狀體。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有的優(yōu)勢(shì)及先進(jìn)性
1、 提出的用過渡金屬元素對(duì)納米二氧化鈦催化劑修飾技術(shù)，使催化劑表面產(chǎn)生缺陷或 改變其結(jié)晶度成為光生電子-空隙對(duì)的淺勢(shì)捕獲阱，使得二氧化鈦納米晶電極呈現(xiàn)出p-n型光 響應(yīng)共存現(xiàn)象，延長(zhǎng)電子與空隙的復(fù)合時(shí)間，降低復(fù)合率，使光催化氧化活性及效益得以提 高，解決了催化劑催化活性的增強(qiáng)問題。
2、 提出的將二氧化鈦催化劑載附于規(guī)則的立體網(wǎng)狀體上形成催化劑體系。利用高強(qiáng)度 的有機(jī)粘結(jié)劑將經(jīng)修飾后的催化劑涂覆于制作成規(guī)則的立體網(wǎng)狀體之上，實(shí)現(xiàn)了催化劑均勻 分布，使催化劑能均勻并充分地分布于處理工藝設(shè)備中，使紫外光與其充分的融合。形成均 勻的催化劑與紫外光的融合體。使反應(yīng)均勻穩(wěn)定，效率得以提高。同時(shí)克服了催化劑其附載 在于空心玻璃球、泡沫塑料、樹脂和木削上制成漂浮型光催化體系中催化劑因碰撞造成損壞 而流失問題。與填充床催化劑體系相比，無(wú)論是光的有效利用還是單位體積中催化劑的比表 面積方面都具有成倍的增長(zhǎng)。
3、 提出的讓流體折流式，流經(jīng)光催化氧化反應(yīng)器，解決了處理過程中流體的返混問題
。同時(shí)由于反應(yīng)器中紫外光與其充分的融合，形成均勻的催化劑與紫外光的融合體，使需處 理的廢水始終處于一個(gè)均勻的反應(yīng)體系之中。使連續(xù)式工業(yè)化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的工藝性問題得以解 決。
4、 提出的以光催化氧化與接觸氧化耦合工藝中，外加氧化劑(常用的氧化劑加02、投 加Fe3+、 H202)方法。這些氧化劑本身是一種良好的電子接受體，能減少電子與空隙對(duì)的復(fù) 合，使催化活性得以提高。在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用中，常以廉價(jià)的空氣做外加催化劑，空氣中的 氧在催化反應(yīng)體系中的作用， 一來(lái)增加水中溶解氧的濃度(在光催化降解反應(yīng)中催化劑導(dǎo)帶 的電子還原污水中的02分子是反應(yīng)速度的決定性步驟，02分子接受電子后形成的超氧自由基 或羥基自由基具有很強(qiáng)的氧化能力，能將有機(jī)物徹底降解)。二來(lái)解決了流體間的傳質(zhì)問題 ，使反應(yīng)物之間能充分接觸和反應(yīng)。同時(shí)對(duì)緩解和消除光催化反應(yīng)過程的產(chǎn)物C02吸附在催 化劑表面造成的光催化反應(yīng)的速率和選擇性降低的問題。


圖l是本發(fā)明的有機(jī)污染物廢水處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是應(yīng)用于廢水處理裝置的鍍鎳鐵絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明 實(shí)施例l
這種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，步驟如下
(1) 、選用8目的不銹鋼網(wǎng)剪裁成小方塊，用稀酸浸泡，這里用較為常用的稀鹽酸，待 其腐蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸止，常溫涼干，保留網(wǎng)上銹斑(銹斑為不銹鋼成分中 各過渡金屬Cr、 Ni、 Fe等元素的化合物)。
(2) 、按重量比取l份納米Ti02與4份丙酮攪拌分散，再取2份環(huán)氧樹脂、2份固化劑及 少許增塑劑，加入丙酮與Ti02的分散體系中，充分混合研磨均勻。
(3) 、將研磨均勻的催化劑膠狀物涂覆在不銹鋼網(wǎng)上。涂覆過程中不銹鋼網(wǎng)上的銹斑 (各過渡金屬Cr、 Ni、 Fe等元素的化合物)將會(huì)溶于催化劑膠狀物體系中，涂覆過程中盡量
將溶下來(lái)的銹斑(各過渡金屬Cr、 Ni、 Fe等元素的化合物)與催化劑攪拌均勻后再涂覆于不 銹鋼網(wǎng)上，將涂覆好的網(wǎng)狀負(fù)載催化劑置于15(A]烘箱中固化。
(4) 、再將其置于丙酮中浸泡60分鐘，破壞致密的表面膜層，以增加催化劑比表面積
經(jīng)過以上步驟即得到可以應(yīng)用于有機(jī)污染物廢水處理裝置的網(wǎng)狀催化劑載體。 應(yīng)用以上網(wǎng)狀催化劑載體的有機(jī)污染物廢水處理裝置結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括箱體l，箱體 l內(nèi)設(shè)有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立并依次首尾相連的折流室2，各個(gè)折流室2內(nèi)間隔疊放有若干層固化有 催化劑的網(wǎng)狀載體3，網(wǎng)狀載體3中間開有通孔，紫外光源即紫光燈4插置其中，折流室2底部 設(shè)有曝氣管5，空氣從曝氣管開有的通孔上向折流室中注入空氣。再如圖2所示，應(yīng)用于廢水 處理裝置的鍍鎳鐵絲網(wǎng)即固化有催化劑的網(wǎng)狀載體3，為了方便操作，將其兩邊6向底面相對(duì) 彎折(也可以先在四角切口將四周向底面彎折)，中間切"工"字形切口，兩個(gè)切口7并向 底面翻折，中間形成用于插紫外光源的通孔8，多個(gè)經(jīng)彎折的網(wǎng)狀載體3疊置于折流室2中形 成立體網(wǎng)狀體，各層鐵絲網(wǎng)的間距以網(wǎng)狀載體網(wǎng)格寬度的l-3距離為宜，紫外光源4 (燈管) 插于通孔8內(nèi)。在廢水處理時(shí)，污水從箱體進(jìn)水口8進(jìn)入，經(jīng)過各個(gè)折流室2上下流動(dòng)，空氣 從各個(gè)折流室底部的曝氣管5進(jìn)氣，在紫外光的作用下，污水穿過固化有催化劑的網(wǎng)狀載體 發(fā)生分解作用，達(dá)到光催化分解廢水有機(jī)物的目的，并從出水口10排出。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備增 強(qiáng)了污水與催化劑的接觸，同時(shí)充分利用紫外光的照射，從而加速有機(jī)物的分解，分解率得到進(jìn)一步的提高。 實(shí)施例2
本實(shí)施例光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，區(qū)別于實(shí)施例l在于
(1) 、選用l/4目的普通鐵絲網(wǎng)，經(jīng)過電鍍方法鍍鎳，鍍鎳量少于網(wǎng)基體表面積的5%即 可，然后剪裁成一定的規(guī)格備用，用稀鹽酸浸泡，待其腐蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸 止，常溫涼干，保留網(wǎng)上銹斑(銹斑為過渡金屬Ni、 Fe等元素的化合物)。
(2) 、按重量比取l份納米Ti02與4份丙酮攪拌分散，再取6份環(huán)氧樹脂、6份固化劑及 少許增塑劑，加入丙酮與Ti02的分散體系中，充分混合研磨均勻。
(3) 、將涂覆好的網(wǎng)狀負(fù)載催化劑放在常溫下自然固化。
(4) 、再將其置于丙酮中浸泡3分鐘，破壞致密的表面膜層，以增加催化劑比表面積。 其他與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例3
本實(shí)施例光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，區(qū)別于實(shí)施例l在于
(1) 、選用4目的不銹鋼網(wǎng)。
(2) 、取l份納米Ti02加入3份丙酮中攪拌分散，再加入l取份環(huán)氧樹脂、l份固化劑及 少許增塑劑充分混合研磨均勻。
(3) 、置于丙酮中浸泡15分鐘后取出，破壞致密的表面膜層，以增加催化劑比表面積
其他與實(shí)施例l相同。
經(jīng)對(duì)以上3個(gè)實(shí)施處理后排放的廢水進(jìn)行檢測(cè)，有機(jī)化合物中的主要物質(zhì)表面活性劑 LAS的去除率在90。/。以上，出水完全滿足設(shè)計(jì)要求，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的去除率普遍不足50%的標(biāo) 準(zhǔn)。而且網(wǎng)狀載體網(wǎng)格寬度越小，越有利于污水與催化劑的接觸，但將會(huì)削弱紫外光的照射 率，經(jīng)多次測(cè)驗(yàn)對(duì)比，網(wǎng)狀載體網(wǎng)格在l/4-8目間為宜。
權(quán)利要求
1.一種光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下步驟，(1)、用鍍鎳的鐵絲網(wǎng)作為網(wǎng)狀載體，根據(jù)設(shè)備安裝要求剪裁成需要的大??；(2)、催化劑混合液按重量比調(diào)配取1份納米TiO2和3-4份丙酮攪拌均勻，再加入1-6份環(huán)氧樹脂、1-6份固化劑及適量增塑劑充分混合均勻成膠狀物；(3)、將步驟(2)所得的催化劑膠狀物涂在網(wǎng)狀載體上固化；(4)、將固化的網(wǎng)狀載體浸泡在丙酮溶液中3-60分鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，其特征在于所述鍍 鎳的鐵絲網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸止 ，常溫涼干，保留網(wǎng)上銹斑。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，其特征在于所述鍍 鎳的鐵絲網(wǎng)是普通鐵絲網(wǎng)，用電鍍或化學(xué)鍍的方法鍍鎳，鍍鎳量少于網(wǎng)基體表面積的5%，剪 裁后，用稀酸浸泡，待其腐蝕，取出用清水沖洗至沒有殘留酸止，常溫涼干，保留網(wǎng)上銹斑
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，其特征在于所述催 化劑膠狀物涂覆在網(wǎng)狀載體上在常溫下自然固化或置于1000C -1500(]烘箱中固化。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法，其特征在于所述網(wǎng) 狀載體的網(wǎng)目在l/4-8目間。
6.一種應(yīng)用網(wǎng)狀催化劑的有機(jī)污染物廢水處理裝置，包括箱體，其 特征在于箱體內(nèi)設(shè)有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立并依次首尾相連的折流室，兩端分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口，折流室內(nèi)間隔疊放固化有催化劑的立體網(wǎng)狀體，立體網(wǎng)狀體中間開有通孔，紫外光源插 置于通孔中，曝氣管設(shè)于折流室底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)污染物廢水處理裝置，其特征在于所述立體網(wǎng)狀體是用若干層網(wǎng)狀載體疊加而成，各層網(wǎng)狀載體間距是網(wǎng)格寬度l-3倍疊加而成
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)污染物廢水處理裝置，其特征在于所 述網(wǎng)狀載體周邊向底面相對(duì)彎折，中間切工字形切口，并向底面翻折。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)污染物廢水處理裝置，其特征在于所述網(wǎng)狀載體中間直接沖孔或剪孔后，固定于折流室內(nèi)的支架上，支架層間距以網(wǎng)狀載體的網(wǎng)格寬度l-3倍的距離疊加成立體網(wǎng)狀載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及光催化降解廢水中有機(jī)污染物的網(wǎng)狀催化劑生產(chǎn)方法及污水處理裝置，生產(chǎn)方法為用鍍鎳的鐵絲網(wǎng)作為載體，涂上催化劑并固化，催化劑混合液包括納米TiO₂、丙酮、環(huán)氧樹脂、固化劑及適量增塑劑，固化后再泡入丙酮溶液中；處理設(shè)備的箱體內(nèi)設(shè)有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立并依次首尾相連的折流室，兩端分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口，折流室內(nèi)間隔疊放有若干固化有催化劑的立體網(wǎng)狀體，立體網(wǎng)狀體中間開有通孔，紫外光源插置于通孔中，曝氣管設(shè)于折流室底部。這種設(shè)備可以很大程序地分解廢水中的有機(jī)物。
文檔編號(hào)C02F1/30GK101584996SQ200910303709
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者任應(yīng)剛 申請(qǐng)人:任應(yīng)剛