[发明专利]总氮总磷微型光催化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用流动注射法在线降解总氮总磷的高效微型光催化反应装置。

背景技术

氮和磷是生物生长必需的营养元素，适量的氮磷元素有助于生物和微生物的生长；若含量过高，则会引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，造成鱼类及其他生物大量死亡。水体富营养化及其引起的“水华”、“赤潮”的发生，现已成为全球性的环境问题。因此，除了加强对污染企业的管理，提高总氮总磷在线检测水平对环境污染的控制也有非常重要的意义。

总氮总磷的分析方法有很多，但用于在线检测的方法还各有利弊。国家标准均采用高温高压消解，将总氮总磷的各种组分消解为可测量的无机盐组分，该方法虽然精度高，然而分析一个数据通常需要1到2小时，并且繁琐的消解过程不易实现仪器化。现有人采用连续流动注射法分析总氮总磷，采用二氧化钛作催化剂，虽然催化效果较好，但纳米级二氧化钛极易附着于管路内壁，很难清洗，数据的重复性因此受到影响，并且连续检测难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种在线分析总氮总磷的微型光催化反应装置，以间隔流动注射的形式降解水中总氮总磷。

本发明的目的通过以下措施来实现：

一种总氮总磷微型光催化反应装置，包括光催化反应器、蠕动泵、泵管、加气管路、脱气管、控温装置和检测器，其特征在于在蠕动泵上单独设立一条加气管路；光催化反应器主要由光反应管、灯管和冷却水槽组成，光反应管均匀分布在灯管周围，光反应管之间用软管连接，软管处于灯管的灯光照射范围之外，使液流在行程中受到明暗交替的间歇性照射，光反应和暗反应交替进行。光催化反应器两侧各封装一个冷却水槽，控温装置后连接脱气管，脱气管后设置检测器。

上述灯管为紫外光灯灯管或近紫外光灯灯管，灯管直径为1～100mm，优选为2～50mm；长度为10～800mm，优选为100～400mm。光反应管采用石英或硼硅酸盐玻璃管，其管内径为0.1～10mm，优选0.2～5mm，壁厚为0.1～10mm，优选为0.2～5mm，长度为50～1000mm，优选为100～500mm。灯管的灯光按明暗交替的方式间歇性照射液流，灯管与光反应管之间的垂直距离为1～200mm，优选为20～50mm。

光催化反应器中灯管的灯光按明暗交替的方式间歇性照射液流，入射光明暗间歇比为1∶1～1∶10。

光反应管采用串联形式，光反应管根数为6、12、18或24根。

光催化反应器两侧各封装一个冷却水槽，以冷却连接光反应管的软管，防止温度过高，管中产生气泡影响测定。控温装置后连接脱气管，脱气管后设置检测器。

泵管采用聚四氟乙烯或塑料软管，管内径为0.1～10mm，优选为0.2～5mm；壁厚为0.1～10mm，优选为0.2～5mm。

上述控温装置采用水浴或油浴加热控温，控温范围为10℃～100℃，优选为20℃～50℃。

上述氧化剂采用过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵，含量为1％～100％，优选为2％～50％。

本装置可检测总磷的范围是0.01～10mg/L，总氮的浓度范围是0.02～50mg/L。

具体实施方法是在蠕动泵单独设立一条加气管路，利用蠕动泵对泵管的挤压产生间隔气泡，将液流均匀分开。经过光催化降解、显色反应以后，液流进入检测器之前经过脱气管脱除气泡(使得液流连续以便检测)，最后进入检测器检测。核心装置光催化反应器由光源以及均匀分布在灯管周围的光反应管构成，光反应管均匀分布在灯管周围，光反应管之间用软管连接以便更换，软管处于光源照射范围之外，从而使液流在行程中受到明暗交替的间歇性照射，光反应和暗反应交替进行，以获得最大的光催化降解效率。光催化反应器两侧各封装一个冷却水槽，以冷却连接光反应管的软管，防止液流过热而在管中产生气泡影响测定。

本发明采用光催化-间隔流动注射分析方法，结构简单合理，选用的总氮总磷分析方法线性范围宽。加气方式不设立单独的加气泵及其复杂的电子电路，引入气泡使液流间隔均匀，既可以防止溶液扩散，也可以对管路内壁进行有效的清洗，提高数据稳定性。液流进入光催化反应器后被入射光明暗间歇照射，提高了降解效率，同时暗反应采用冷却水冷却，适合连续检测。该装置省去繁琐的消解步骤，被消解水样可在恒温常压下与氮磷显色剂反应，本发明装置可分别单独进行总氮或总磷在线检测，试样降解率高且稳定，检测精度高，降解时间短，适合在线检测。

本发明有益效果：