[发明专利]TiO2光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种能源、化工、环境领域处理有机废水的系统，具体是一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法。 

背景技术

近年来，TiO₂已被证实是一种高效、稳定、无选择性和材料易得的半导体光催化剂。TiO₂光催化技术作为一种高级氧化技术，几乎能够使空气和水中的污染物完全矿化。自1972年Fujishima发现TiO₂可光催化裂解水以来，TiO₂半导体光催化技术在有机物的处理方面逐渐得到了广泛的研究。为解决TiO₂难与废水分离的问题，TiO₂被固定在各种载体上，由于TiO₂固定化会引起其表面积下降从而使其光催化活性下降，研究者把TiO₂膜材料作为阳极，通过外加阳极偏压来阻止光生电子（e^-）和空穴（h⁺）的简单复合，从而提高光催化效率，此即电助光催化(简称光电催化)，故TiO₂半导体光电催化技术是一种利用紫外光作激发光源，通过外加偏压使光生电子和空穴得以有效的分离，产生具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解污染物的一种氧化技术。目前围绕增大TiO₂膜电极的表面积，选择合适的电极基底材料和电极改性等方面已经做了大量的工作，但一直以来，光催化反应器及光生电子的分离利用等问题往往被人们忽视。传统的光催化反应器基本上都是将光电极完全浸入反应液中，激发光需穿透厚厚的液层才能到达光催化剂的表面，由于有机溶液自身对激发光的吸收而引起激发光的很大损失。 

中国专利（文献号CN101353186，授权公告日2010年6月2日），记载了一种“双转盘光电液膜反应器光催化处理有机废水的方法”，该技术提出一种双转盘光电液膜反应器，利用金属与N-半导体TiO₂接触形成的肖特基势垒而不是外加偏压将光生电子转移到阴极转盘表面，在阴极表面与饱和溶解氧反应生成H₂O₂，进而参与有机污染物的氧化而将光生电子加以间接利用，由此实现双转盘反应器中的双极氧化。由于不需要外加偏压，降低了能耗和简化了装置。但阳极和阴极同处一个反应池中，阳极区域和阴极区域的溶液由于转盘的转动而迅速混合，导致阳极区产生的氧化产物与阴极区产生的还原产物因为搅拌混合而发生无效复合，降低了对目标污染物的降解效率。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置及方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的装置，包括调速器、驱动马达、光阴极转盘、转轴、碳刷、若干片光阳极转盘、燃料电池反应池及激发光源，所述燃料电池反应池包括光阳极反应池、光阴极反应池以及离子交换膜，所述光阳极反应池与光阴极反应池之间通过离子交换膜相连接。

所述光阳极转盘的基底材料为钛、不锈钢或镍。 

所述光阳极转盘的基底上负载的光催化剂为TiO₂。 

所述光阴极转盘的材料为Cu、Zn、Fe、Ti、Ag、石墨或掺硼金刚石薄膜电极（BDD）。 

所述离子交换膜为阳离子交换膜或复合离子交换膜。 

一种TiO₂光催化转盘燃料电池处理有机废水的方法，包括如下步骤： 

第一步，将光催化剂负载在光阳极转盘的基底上，并以单片方式或多片串联方式固定安装在光阳极转盘处的金属转轴上，将光阴极转盘固定安装在光阴极转盘处的金属转轴上； 

第二步，将光阳极转盘放置在光阳极反应池中，将光阴极转盘放置在光阴极反应池中，光阳极与光阴极之间通过外部导线相连接；

第三步，光阳极反应池和光阴极反应池利用离子交换膜连通并在光阳极反应池和光阴极反应池中加入有机污染物，在光阳极反应池中加入辅助光催化剂；

第四步，开动光阳极转盘和光阴极转盘的驱动马达，并通过调速器控制光阳极转盘和光阴极转盘旋转的转速使光阳极转盘和光阴极转盘的表面形成一层液膜；

第五步，采用激发光源照射光阳极转盘，使激发光透过液膜照射到光阳极转盘的表面；