一種光纖光催化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種光纖光催化反應(yīng)器，其包括柱狀反應(yīng)桶體、設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體外側(cè)上端的出水管以及設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體外側(cè)下端的進(jìn)水管；在所述柱狀反應(yīng)桶體上方設(shè)置有光采集裝置；在所述柱狀反應(yīng)桶體內(nèi)部設(shè)置有與光采集裝置連接的光纖；在所述進(jìn)水管下方設(shè)置有曝氣管。本實(shí)用新型可使光線和待處理廢液進(jìn)行最大限度的接觸反應(yīng)，提高反應(yīng)效率和降解程度，使用的太陽光為清潔能源，其使用具有進(jìn)一步的節(jié)能作用。
【專利說明】一種光纖光催化反應(yīng)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光纖光催化反應(yīng)器。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今人類對水的需求量逐年增加，同時水體的污染不斷的加劇，污水回用早已被提上日程。就我國而言，對于污水深度處理技術(shù)尚不完善，有許多處理后的水質(zhì)仍達(dá)不到回用標(biāo)準(zhǔn)。水中存在難降解有機(jī)物，長期累積富集，有較大的危害。
[0003]目前城市污水處理廠的工藝流程中一般都包含了生物接觸氧化功能，去除污水中難降解有機(jī)物，但就目前形勢來看，其生物接觸氧化發(fā)，去除率不夠高，運(yùn)行不穩(wěn)定，達(dá)不到深度處理的要求，因而考慮采用生物法進(jìn)一步提高脫氮效果將面臨工藝流程復(fù)雜、能耗高等技術(shù)難題。
[0004]光催化氧化技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一項(xiàng)高新技術(shù)，它是在紫外光照射下，由納米二氧化鈦催化反應(yīng)，利用反應(yīng)中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的羥基自由基(0H.)作為主要氧化劑氧化分解水中污染物的方法。
[0005]T12的帶隙為3.2eV,因此當(dāng)用波長小于387.5nm (紫外光區(qū))的光照射時才能被激發(fā)產(chǎn)生空穴與電子。后來的研究發(fā)現(xiàn)采用摻雜金屬或非金屬降低帶隙，可以使T12的激發(fā)光波長閾值增大，選用合適的摻雜過渡金屬和非金屬T12可以使光催化反應(yīng)在可見光下發(fā)生。
[0006]為了滿足不同的光催化反應(yīng)要求，人們設(shè)計(jì)了不同的光催化反應(yīng)器，其中應(yīng)用最多的反應(yīng)器包括橢圓型反應(yīng)器、底燈型反應(yīng)器和柱型反應(yīng)器。其中橢圓型反應(yīng)器是將燈管和反應(yīng)區(qū)分別設(shè)置于橢圓的2個焦點(diǎn)上，這樣可以很好的將燈管所發(fā)出的光集中在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，減少了光的浪費(fèi)，提高了整體的效率，但是仍不能保證燈管所發(fā)出的所有光線都能達(dá)到反應(yīng)器，并且光的傳輸路程較長，增加了光在傳輸過程中的損失，再者反應(yīng)區(qū)域內(nèi)光的分布不均勻也不利于反應(yīng)的發(fā)生。底燈型反應(yīng)器是對橢圓型反應(yīng)器的改進(jìn)，它的光源位于拋物線的焦點(diǎn)上，但是光源的光線并不是聚焦在另一個焦點(diǎn)，而是從下往上射入反應(yīng)區(qū)，光進(jìn)入了反應(yīng)區(qū)域后不再被反射回來，更大程度的利用了光源。柱型反應(yīng)器一般可分為中燈外反應(yīng)區(qū)和中反應(yīng)區(qū)外燈兩種。柱型反應(yīng)器有著較高的光利用率和良好的對稱性，可使光在反應(yīng)區(qū)內(nèi)均勻的分布，減少局部差異，可以達(dá)到光的最大利用率；并且這種柱型的反應(yīng)器制造難度小，成本低，適合大規(guī)模的生產(chǎn)和運(yùn)用。
[0007]基于對反應(yīng)器中催化劑固定方式的研究，人們設(shè)計(jì)出了平板型固化床反應(yīng)器和噴泉型固化床反應(yīng)器。平板型固化床反應(yīng)器是將催化劑固定在平板上，在光照的條件下，將污染物液體或者氣體緩慢的通過催化劑表面降解，屬于層流型反應(yīng)器。使用平板型固化床反應(yīng)器，待降解物經(jīng)過催化劑時，光照時間和光照強(qiáng)度基本一致，當(dāng)待降解物流速慢時可提高反應(yīng)物的降解程度，當(dāng)提高待降解物流速時亦會降低反應(yīng)物的降解程度，因此降解效率和降解程度不可兼得。噴泉型固化床反應(yīng)器將催化劑固定在斜面上，在頂部固定光源，將待降解物斜面中心的噴嘴噴出，然后在重力作用下流經(jīng)催化劑從而得到降解；但是該種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，嚴(yán)重制約了該反應(yīng)器的應(yīng)用范圍。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高效、節(jié)能，并同時提高污染物降解程度的光纖光催化反應(yīng)器。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]本實(shí)用新型的反應(yīng)器包括柱狀反應(yīng)桶體、設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體外側(cè)上端的出水管以及設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體外側(cè)下端的進(jìn)水管；在所述柱狀反應(yīng)桶體上方設(shè)置有光采集裝置；在所述柱狀反應(yīng)桶體內(nèi)部設(shè)置有與光采集裝置連接的光纖；在所述進(jìn)水管下方設(shè)置有曝氣管。
[0011]本實(shí)用新型的反應(yīng)器所述光纖外壁涂覆有催化劑，所述的催化劑為1102和/或LA-Ti O2。
[0012]本實(shí)用新型的反應(yīng)器所述進(jìn)水管上分布有布水孔，所述曝氣管上分布有曝氣孔。
[0013]本實(shí)用新型的反應(yīng)器光采集裝置由凹透鏡和反光板組成，所述反應(yīng)桶體上部外側(cè)設(shè)置有出水槽，所述出水槽上設(shè)置有環(huán)形出水齒堰。
[0014]本實(shí)用新型的反應(yīng)器所述光纖通過設(shè)置于反應(yīng)桶體頂端的光纖均布孔板進(jìn)入反應(yīng)桶體內(nèi)部；所述光纖的數(shù)量使反應(yīng)器內(nèi)部各區(qū)域距離光纖的距離小于5厘米。
[0015]本實(shí)用新型的廢水可以為:工業(yè)廢水或城市污水的尾水，地表受有機(jī)污染的地表水。
[0016]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案所獲的積極效果為:
[0017]本實(shí)用新型的反應(yīng)器使用太陽光或紫外燈光作為反應(yīng)器光源，利用鏡面反射光源的原理，將太陽光或紫外燈光集中匯聚到反應(yīng)器側(cè)光光纖兩個端面，利用側(cè)光光纖的整體側(cè)面發(fā)光的特性，將匯集來的光導(dǎo)入反應(yīng)器，可使光線和待處理廢液進(jìn)行最大限度的接觸反應(yīng)，提高反應(yīng)效率和降解程度。并且太陽光為清潔能源，其使用具有進(jìn)一步的節(jié)能作用。
[0018]本實(shí)用新型將催化劑直接涂覆于光纖上，催化劑的受光面積大且均勻，提高了對光線的利用率，并且發(fā)生的光催化反應(yīng)效率高。
[0019]本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置了曝氣裝置，增加水中的溶氧量可以提高氧化效果。并且當(dāng)在反應(yīng)器中進(jìn)一步添加流化床固定的催化劑時，該裝置還可以防止催化劑在反應(yīng)液中的聚凝。
[0020]本實(shí)用新型在進(jìn)水管的管路設(shè)置均勻的布水分散點(diǎn)，有各個布水點(diǎn)出水均勻分散整個反應(yīng)器中并促進(jìn)了反應(yīng)器中的水體流動，使反應(yīng)充分并避免水體流動盲區(qū)造成的處理不完全現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為空塔氣速對光催化反應(yīng)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
[0023]在附圖中，I柱狀反應(yīng)桶體、1-1光纖均布孔板、2出水管、3進(jìn)水管、3-1布水孔、4-1凹透鏡、4-2反光板、5光纖、6曝氣管、6-1曝氣孔、7出水槽、7-1環(huán)形出水齒堰、8光線。

【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型的反應(yīng)器包括柱狀反應(yīng)桶體1、設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體I外側(cè)上端的出水管2以及設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體I外側(cè)下端的進(jìn)水管3 ;在所述柱狀反應(yīng)桶體I上方設(shè)置有光采集裝置；在所述柱狀反應(yīng)桶體I內(nèi)部設(shè)置有與光采集裝置連接的光纖5 ；在所述進(jìn)水管3下方設(shè)置有曝氣管6。本實(shí)用新型的反應(yīng)器使用太陽光或紫外燈光作為反應(yīng)器光源，利用鏡面反射光源的原理，將太陽光或紫外燈光集中匯聚到反應(yīng)器側(cè)光光纖兩個端面，利用側(cè)光光纖的整體側(cè)面發(fā)光的特性，將匯集來的光導(dǎo)入反應(yīng)器，可使光線和待處理廢液進(jìn)行最大限度的接觸反應(yīng)，提高反應(yīng)效率和降解程度。并且太陽光為清潔能源，其使用具有進(jìn)一步的節(jié)能作用。本實(shí)用新型進(jìn)一步設(shè)置了曝氣裝置，增加水中的溶氧量可以提高氧化效果。并且當(dāng)在反應(yīng)器中進(jìn)一步添加流化床固定的催化劑時，該裝置還可以防止催化劑在反應(yīng)液中的聚凝。
[0025]本實(shí)用新型所述光纖5外壁涂覆有催化劑，所述的催化劑可以為T12和/或LA-T120在本實(shí)施例中涂覆的催化劑為LA-Ti02/AC。本實(shí)用新型將催化劑直接涂覆于光纖上，催化劑的受光面積大且均勻，提高了對光線的利用率，并且發(fā)生的光催化反應(yīng)效率高。在本實(shí)施例中涂覆的催化劑為LA-T1215涂覆方法為在催化劑為液態(tài)時將其涂于光纖表面，烘干后即可附著于光纖。在水處理中，還可以選擇在反應(yīng)系統(tǒng)中加入流化床固定的催化劑，如附著有催化劑的活性炭，T12AC和/或LA-Ti02/AC。催化劑附著于活性炭的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，可選擇的使用將活性炭浸于液體的催化劑一段時間后取出烘干的方法。
[0026]本實(shí)用新型所述進(jìn)水管3上分布有布水孔3-1，所述曝氣管6上分布有曝氣孔6-1。曝氣管可以采用微孔曝氣管。反應(yīng)器內(nèi)的城市廢水由廢水儲槽經(jīng)蠕動泵注入反應(yīng)器?？諝庥尚⌒推貧獗幂斔停?jīng)微孔曝氣管分布為小氣泡進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。
[0027]本實(shí)用新型的光采集裝置由凹透鏡4-1和反光板4-2組成，光源發(fā)出的光線8首先經(jīng)凹透鏡4-1聚集，再經(jīng)過反光板4-2反射，反射的光線進(jìn)一步被光纖5吸收。所述反應(yīng)桶體I上部外側(cè)設(shè)置有出水槽7，所述出水槽上設(shè)置有出水管2及環(huán)形出水齒堰7-1。本實(shí)用新型在進(jìn)水管的管路設(shè)置均勻的布水分散點(diǎn)，有各個布水點(diǎn)出水均勻分散整個反應(yīng)器中并促進(jìn)了反應(yīng)器中的水體流動，使反應(yīng)充分并避免水體流動盲區(qū)造成的處理不完全現(xiàn)象。
[0028]本實(shí)用新型所述光纖5通過設(shè)置于反應(yīng)桶體I頂端的光纖均布孔板1-1進(jìn)入反應(yīng)桶體I內(nèi)部；所述光纖的數(shù)量使反應(yīng)器內(nèi)部各區(qū)域距離光纖的距離小于5厘米。通過控制光纖的間距可以使光催化反應(yīng)在反應(yīng)器中各區(qū)域相對平衡的進(jìn)行，當(dāng)距離小于5厘米時，各區(qū)域均可高效的進(jìn)行反應(yīng)。
[0029]實(shí)驗(yàn)例I反應(yīng)器中空塔氣速對光催化反應(yīng)的影響
[0030]本實(shí)用新型通過改變加入空氣的空塔氣速，考察了不同空氣加入量的情況下阿奇霉素的去除情況。實(shí)驗(yàn)條件為:Ti02/AC投加量為10g/L，并涂覆于所述光纖外側(cè)，活性炭粒徑范圍35-55目，pH=4，溫度30°C，外置光源為紫外光光源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。
[0031]由圖2可知，隨著空氣投加量的增加，阿奇霉素去除率有較大程度的增長。空氣流量的增加，使參與反應(yīng)的氧增加；此外流量的增加，增大了氣液界面的面積，增強(qiáng)了傳質(zhì)過程，增強(qiáng)了體系的流化狀態(tài)，減小了氣液傳質(zhì)過程的阻力，從而提高了阿奇霉素的去除率。
[0032]當(dāng)空氣加入量不斷增加至25ml/s，阿奇霉素脫除效果不再明顯增加。這是因?yàn)楫?dāng)空氣加入量過大時體系流化快造成氧氣在水中停留時間過少，使水體中的平均溶解氧量基本保持穩(wěn)定:對阿奇霉素降解效果趨于平穩(wěn)。因此，本實(shí)驗(yàn)選空塔氣速為25ml/s為最佳，并通過在本實(shí)用新型的反應(yīng)器的進(jìn)水管3下方設(shè)置的曝氣管6實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光催化反應(yīng)器，其包括柱狀反應(yīng)桶體(1)、設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體(1)外側(cè)上端的出水管(2)以及設(shè)置于柱狀反應(yīng)桶體(1)外側(cè)下端的進(jìn)水管(3);其特征在于: 在所述柱狀反應(yīng)桶體(1)上方設(shè)置有光采集裝置； 在所述柱狀反應(yīng)桶體(1)內(nèi)部設(shè)置有與光采集裝置連接的光纖(5)； 在所述進(jìn)水管(3)下方設(shè)置有曝氣管(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光催化反應(yīng)器，其特征在于所述光纖(5)外壁涂覆有催化劑，所述的催化劑為T12和/或LA-Ti02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光催化反應(yīng)器，其特征在于所述進(jìn)水管(3)上分布有布水孔(3-1)，所述曝氣管(6)上分布有曝氣孔(6-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光催化反應(yīng)器，其特征在于光采集裝置由凹透鏡(4-1)和反光板(4-1)組成，所述反應(yīng)桶體(1)上部外側(cè)設(shè)置有出水槽(7)，所述出水槽上設(shè)置有環(huán)形出水齒堰(7-1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光催化反應(yīng)器，其特征在于所述光纖(5)通過設(shè)置于反應(yīng)桶體(1)頂端的光纖均布孔板(1-1)進(jìn)入反應(yīng)桶體(1)內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4任意一項(xiàng)所述的光纖光催化反應(yīng)器，其特征在于所述光纖的數(shù)量使反應(yīng)器內(nèi)部各區(qū) 域距離光纖的距離小于5厘米。
【文檔編號】C02F1/30GK203855436SQ201420227424
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】羅曉, 岳琳, 高如泰, 洪綱, 段二紅, 宋日超, 張海競, 王鳳平 申請人:河北科技大學(xué)