專(zhuān)利名稱(chēng)：一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于應(yīng)用光電催化處理難降解有機(jī)物的裝置，屬于光電催化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)廢水的產(chǎn)生也在逐年增加，大部分工業(yè)廢水中含有生物難降解有機(jī)物，難降解有機(jī)物如果未經(jīng)有效處理排入環(huán)境會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，從而進(jìn)一步危害人類(lèi)的健康，因此，近年來(lái)研究者對(duì)難降解有機(jī)物的處理備受關(guān)注。傳統(tǒng)的生化方法不能有效去除難降解有機(jī)物，因此選出合適的處理方法至關(guān)重要。近年來(lái)有人應(yīng)用光電催化原理處理難降解有機(jī)物達(dá)到很好的效果，廢水經(jīng)過(guò)處理后部分有機(jī)物礦化，并且出水可生化性大大提高，其出水再經(jīng)過(guò)生化處理可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。光電催化原理主要是通過(guò)電極和催化材料的作用產(chǎn)生H2O2、羥基自由基等活性基團(tuán)來(lái)氧化水體中的有機(jī)物。TiO2作為半導(dǎo)體，具有特殊的外層電子結(jié)構(gòu)，在紫外光照射下可以產(chǎn)生“空穴”效應(yīng)，外加電場(chǎng)的存在可延長(zhǎng)TiO2的空穴-電子復(fù)合時(shí)間，增強(qiáng)“空穴”效應(yīng)，增加了紫外光利用率，從而生成較多的氫氧自由基，TiO2是迄今為止最為廣泛且理想的光電催化劑。光電催化處理廢水存在的問(wèn)題
1光電催化劑和廢水難分離。光催化劑粒徑小，但其必須與廢水充分接觸才能達(dá)到好的處理效果，若直接將光催化劑投入廢水中應(yīng)用，處理后很難將催化劑與水分離。2能耗高。在光電催化中有曝氣，紫外燈和電解電源，其會(huì)耗用大量電能。3濃差極化現(xiàn)象。由于有機(jī)物和離子擴(kuò)散不能立即生成，在電極表面會(huì)產(chǎn)生濃差極化，降低光催化效率。4 一次性處理效率低。對(duì)高濃度有機(jī)廢水，一次性通過(guò)反應(yīng)裝置很難達(dá)到理想的處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題光電催化劑和廢水難分離，能耗高，濃差極化現(xiàn)象和一次性處理效率低，提出了可以解決其的一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，包括反應(yīng)器殼體、 石墨電極、紫外燈管、負(fù)載TiO2的活性炭顆粒、直流電源、帶有空氣吸氣管的水射器、進(jìn)/出水端尼龍網(wǎng)、排氣管、電線(xiàn)導(dǎo)管、進(jìn)水管、出水管和循環(huán)回流管。所述反應(yīng)器殼體的形狀為圓筒形，底部形狀為圓錐形，頂部設(shè)有頂蓋，用絕緣材料可選聚乙烯做頂蓋將反應(yīng)裝置密封，殼體用不銹鋼制成，外部以絕緣材料包裹，反應(yīng)器殼體接直流電源的陰極作為負(fù)極；反應(yīng)裝置中軸處安有石墨電極，其接直流電源的陽(yáng)極作為正極；以石墨電極和殼體的距離的一半為半徑的圓上均勻放置8支紫外燈管，且燈管平行于石墨電極，這樣可保證反應(yīng)裝置內(nèi)光強(qiáng)分布均勻。在反應(yīng)裝置的頂部和底部均裝有孔徑 <lcm的尼龍網(wǎng)，在兩個(gè)尼龍網(wǎng)之間放有粒徑<lcm的負(fù)載TiO2的顆粒活性炭；該反應(yīng)裝置底部裝有進(jìn)水端尼龍網(wǎng)和進(jìn)水管，并且在進(jìn)水管上依次安裝進(jìn)水泵、帶有吸氣管的水射器、
3進(jìn)水閥和進(jìn)水流量計(jì)，在反應(yīng)裝置頂部設(shè)有電線(xiàn)導(dǎo)管、排氣管和出水管，正極、負(fù)極和紫外燈管均是通過(guò)電線(xiàn)導(dǎo)管同外部電源相連；在反應(yīng)裝置的出水管和泵的進(jìn)水管之間安有循環(huán)管，調(diào)節(jié)循環(huán)管上的循環(huán)閥，并通過(guò)循環(huán)流量計(jì)控制其出水回流量和排放量的比例，保證反應(yīng)裝置一次性處理后排放的水符合標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明之優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下所述
1、在反應(yīng)裝置的頂部和底部均裝有孔徑<lcm的尼龍網(wǎng)，在兩個(gè)尼龍網(wǎng)之間放有粒徑 <lcm的負(fù)載TiO2的顆?；钚蕴浚M(jìn)水以一定的速度流進(jìn)反應(yīng)裝置可以使顆?；钚蕴慨a(chǎn)生流化現(xiàn)象，負(fù)載TiO2的顆?；钚蕴吭诜磻?yīng)裝置中分布均勻，可有效利用紫外光，并且由擾動(dòng)作用可使負(fù)載TiO2的顆粒活性炭表面的濃差極化現(xiàn)象減小，增加傳質(zhì)速率，提高廢水處理效率；尼龍網(wǎng)主要作用是將顆?；钚蕴勘３衷诜磻?yīng)區(qū)，防止堵塞進(jìn)水管和隨出水流出，可以實(shí)現(xiàn)光催化劑和廢水出水有效地分離。2、反應(yīng)裝置的進(jìn)水管處安有水射器，上面帶有空氣吸口，其主要作用提高進(jìn)水的溶解氧氣，增強(qiáng)TiO2光電催化效果；循環(huán)管和進(jìn)水管處均安有閥門(mén)和流量計(jì)，排水端安有閥門(mén)，其主要作用是調(diào)節(jié)循環(huán)水流量保持反應(yīng)裝置進(jìn)水流速，同時(shí)部分出水回流稀釋了進(jìn)水濃度，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)不同調(diào)節(jié)不同的回流比，使反應(yīng)裝置處理出水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，解決了高濃度有機(jī)廢水一次性處理效果差的問(wèn)題。3、紫外燈管照射下負(fù)載在活性炭顆粒上的TiO2產(chǎn)生“空穴”效應(yīng)，既而生成氫氧自由基，其可以氧化廢水中的大部分有機(jī)物，外加電場(chǎng)的存在增強(qiáng)了“空穴”效應(yīng)，可以提高 TiO2光催化效率，并且，紫外燈的光強(qiáng)和活性炭顆粒的均勻分布以及顆粒擾動(dòng)情況下濃差極化減少，傳質(zhì)速率加強(qiáng)，都會(huì)提高反應(yīng)裝置的處理效率，有效利用能源節(jié)約電耗。


附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-進(jìn)水泵，2-水射器，3-吸氣管，4-進(jìn)水閥，5-進(jìn)水流量計(jì)，6_進(jìn)水管， 7-進(jìn)水端尼龍網(wǎng)，8-石墨電極(陽(yáng)極)，9_紫外燈管，10-反應(yīng)器殼體(陰極)，11-負(fù)載TiO2的活性炭顆粒，12-出水端尼龍網(wǎng)，13-電線(xiàn)導(dǎo)管，14-頂蓋， 15-排氣管， 16-出水管，17-排水閥，18-循環(huán)管，19-循環(huán)閥，20-循環(huán)流量計(jì)， 21-紫外燈電源， 22-直流電源。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置結(jié)構(gòu)為一圓筒形金屬反應(yīng)器殼體 10，底部形狀為圓錐形，殼體用不銹鋼制成，外部以絕緣材料包裹，反應(yīng)器殼體10接直流電源22的陰極作為負(fù)極；反應(yīng)裝置中軸處安有石墨電極8，其接直流電源22的陽(yáng)極作為正極；以石墨電極8和反應(yīng)器殼體10的距離的一半為半徑的圓上均勻放置8支紫外燈管9，且燈管平行于石墨電極，這樣可保證反應(yīng)裝置內(nèi)光強(qiáng)分布均勻。石墨電極8和反應(yīng)器殼體10 之間放有負(fù)載TiO2的活性炭顆粒11，其粒徑<lcm ；反應(yīng)裝置底部裝有進(jìn)水端尼龍網(wǎng)7和進(jìn)水管6，并且在進(jìn)水管上依次安裝進(jìn)水泵1，帶有吸氣管3的水射器2，進(jìn)水閥4和進(jìn)水流量計(jì)5，反應(yīng)裝置頂部裝有出水端尼龍網(wǎng)12、出水管16、電線(xiàn)導(dǎo)管13、排氣管15和頂蓋14 ；其中出水管16安裝有排水閥17，進(jìn)水端尼龍網(wǎng)7和出水端尼龍網(wǎng)12的孔徑<lcm，負(fù)載TiO2的活性炭顆粒11在兩個(gè)尼龍網(wǎng)之間，石墨電極8和紫外燈管9電線(xiàn)通過(guò)電線(xiàn)導(dǎo)管13分別與外部直流電源22、紫外燈電源21相接，用絕緣材料可選聚乙烯做頂蓋14將反應(yīng)裝置密封，頂蓋14和反應(yīng)器殼體10靠螺絲固定，頂蓋14上設(shè)有人孔，方便設(shè)備檢修，并且維修需要時(shí)頂蓋14可以整體拆除；循環(huán)管18 —端接在出水管16處，另一端接在進(jìn)水泵1前端的進(jìn)水管6處，通過(guò)循環(huán)管18上的循環(huán)閥19及循環(huán)流量計(jì)20來(lái)控制其出水回流量和排放量的比例。
權(quán)利要求
1.一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，包括反應(yīng)器殼體、石墨電極、紫外燈管、負(fù)載TiO2的活性炭顆粒，其特征在于所述反應(yīng)器殼體為一圓筒形金屬反應(yīng)器殼體10，反應(yīng)裝置底部呈圓錐形，頂部用聚乙烯材料制成頂蓋14密封，在該反應(yīng)裝置中軸處放入石墨電極8，直流電源22連接金屬反應(yīng)器殼體10和石墨電極8，石墨電極8和反應(yīng)器殼體10之間放入紫外燈管9和負(fù)載TiO2的活性炭顆粒11，反應(yīng)裝置底部裝有進(jìn)水管6和進(jìn)水端尼龍網(wǎng) 7，其連接進(jìn)水泵2，在進(jìn)水管6上裝有水射器4，水射器4上裝有吸氣管3，反應(yīng)裝置頂部裝有出水端尼龍網(wǎng)12、排氣管15、出水管16和電線(xiàn)導(dǎo)管13，在反應(yīng)裝置出水管和進(jìn)水泵的進(jìn)水管之間安有循環(huán)管18。
2.如權(quán)利要求1所述的一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，其特征在于圓筒形金屬反應(yīng)器殼體10選用不銹鋼材料制作，殼體外由絕緣材料包裹。
3.如權(quán)利要求1所述的一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，其特征在于紫外燈管 9套在石英玻璃套管中，在以石墨電極8為圓心，石墨電極8和反應(yīng)器殼體10的距離的一半為半徑的圓上均勻放置8支紫外燈管9，且平行于石墨電極8。
4.如權(quán)利要求1所述的一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，其特征在于負(fù)載TiO2 的活性炭顆粒11直徑<lcm，反應(yīng)裝置圓錐形底部和頂部安裝進(jìn)水端尼龍網(wǎng)7和出水端尼龍網(wǎng)12，尼龍網(wǎng)的孔徑<lcm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置，其特征在于循環(huán)管 18上安有循環(huán)閥門(mén)19和循環(huán)流量計(jì)20。
全文摘要
本發(fā)明提供一種處理難降解有機(jī)物的光電催化裝置。該裝置主要包括一圓筒形金屬反應(yīng)器殼體，在該反應(yīng)裝置中軸處放入石墨電極，直流電源連接金屬反應(yīng)器殼體和石墨電極，石墨電極和反應(yīng)器殼體之間放入紫外燈管和負(fù)載TiO2的活性炭顆粒；反應(yīng)裝置底部裝有進(jìn)水管和進(jìn)水端尼龍網(wǎng)，并且在進(jìn)水管上依次安裝進(jìn)水泵，帶有吸氣管的水射器和進(jìn)水流量計(jì)；反應(yīng)裝置頂部裝有出水端尼龍網(wǎng)、排氣管、電線(xiàn)導(dǎo)管和用絕緣材料可選聚乙烯做的頂蓋；循環(huán)管一端接在出水管處，另一端接在進(jìn)水泵前端的進(jìn)水管處，調(diào)節(jié)循環(huán)管上的循環(huán)閥控制其出水回流量和排放量的比例。本裝置處理難降解有機(jī)物效率高，能耗低，投資成本低，廢水一次性處理效果好，且運(yùn)行維護(hù)方便。
文檔編號(hào)C02F1/72GK102358635SQ20111028166
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者張文龍, 李軼, 王晴, 胡嘯 申請(qǐng)人:河海大學(xué)