[发明专利]一种三相三维电极光电催化反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相三维光电催化反应器，用于实验室难降解有机物的处理。

背景技术

随着现代化工业的发展，有机废水对环境的影响越来越严重，尤其是高浓度有机污染物的处理是当前世界工业废水处理的难点和热点。Carey等人报道了TiO₂光催化氧化法被成功用于水中PCB化合物脱氯（Carey J H，Lawrence J，Tosine H M．Photodechlorination of PCB’s in the presence of titanium dioxide in aqueous suspensions [J]. Bul1 of Environ Contam Toxicol，1976，16(6)：697-701），半导体多相光催化在水处理领域引起了广泛的关注。以TiO₂为光催化剂的多相光催化在环境保护中的应用得到人们的重视，但是电子-空穴对极易复合，电场协助光催化技术有助于解决这一问题，即施加一定偏压，促进光生载流子的分离，从而提高催化剂的活性。这是一种将光催化与电化学氧化联用的新型深度氧化技术。

上个世纪60年代末提出三维电极概念，三维电极是一种新型的电化学法反应器。与二维电极体系相比之下，其具有面体比增大，离子间距小，传质效果好，电流效率高等优点。其中粒子电极常常采用活性炭负载催化剂，活性炭的吸附作用可以使Ti0₂表面有机污染物的浓度在局部范围内升高，从而提高反应速率，而且被吸附的有机污染物参与氧化被反应掉，使活性炭在污染物环境中被再生，即原位再生（王红娟，奚红霞．含酚废水处理技术的现状与开发前景[J]．工业水处理，2002；22(6)：6-9）；将光催化与三维电极相结合产生了较好的效果，安太成等公开了一种（公开号：CN1526652A）连续循环式固定床电极光催化反应器。

现有的报道的光电催化反应器，有些是光源从外面照射，这样光源没有充分使用。有一些采用光源位于反应器的中央，但是阳极和阴极位于反应器壳体的上下与光源以及与光源平行的壳体是垂直的，这样对于之照试验就不能为力了，对于反应器的阳极和阴极是竖直的，与光源和壳体平行并且将大的反应室均分为2-6个反应室的光电催化反应器未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种三相三维电极光电催化反应器及其在难降解有机物的处理方面的应用。

本发明的技术原理

一种三相三维光电催化反应器，即将三相三维电极和光电催化技术巧妙结合，又充分考虑到实验中对比实验的要求，设计出在实验研究中使用的光电催化反应器，以空气为气源，三维粒子电极材料由纳米TiO₂负载于活性炭颗粒上构成。   

本发明的技术方案

一种三相三维光电催化反应器，包括反应器壳体，金属钛网阳极，不锈钢或石墨阴极，布气板，双层U型石英管以及置于该石英管中的光源UV灯，三维粒子电极以及隔板；

所述的不锈钢或石墨阴极为圆柱形，安装于壳体内侧，紧贴壳体内侧，金属钛网阳极与电源的正极相连，不锈钢或石墨阴极与电源的负极极相连；各个反应室的不锈钢或石墨阴极自然连接，各个反应室的金属钛网阳极在顶部用导线相连接；

所述的光源UV灯置于双层U型石英管内层管中，双层U型石英管置于反应器壳体的中央，其顶部露出于反应器壳体的顶部3-5cm，其底部置于布气板上，双层U型石英管的外层紧贴在各个隔板边壁上，相邻两个隔板与双层U型的石英管外层之间放置金属钛网阳极；

所述的光源UV灯的波长为365nm，功率为200～500W；

所述的金属钛网阳极，以保证透光率，网孔径为6-8mm；

所述的金属钛网阳极表面涂覆一层纳米TiO₂ 催化膜，作为光阳极，也可以不涂覆只作电极；

所述的双层U型石英管上面露出在反应器壳体外面的部分的双层U型石英管的外层管在距反应器壳体顶部3-5cm距离处的水平相对位置设有冷却进水口及冷却出水口，其中冷却进水口连接的小管深入到石英管内外层的夹层的底部；这样可以使用较小的压力就可以把冷却水从冷却进水口送入，也很容易从冷却出水口流出；

反应器壳体距底部5cm处设有布气板，该布气板与反应器壳体内侧相粘结，并由曝气室的隔板支撑固定；

该布气板将反应器的壳体隔开为上下两部分，下部为曝气室，上部为反应室；

该布气板是采用砂芯玻璃材料制成，孔隙小于2mm，既保证了反应室均匀曝气，又不至于产生的气泡比较大；