[发明专利]一种用于水处理的多点位光催化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水处理的多点位光催化反应装置，主要用于光催化剂性能评价及降解有机污染物的动力学研究。

背景技术

环境污染对人类的生存和发展构成了严重威胁，尤其是水体污染问题成为了人们所关注的焦点问题之一。随着经济和工业化的快速发展，排放到水体中的难降解有毒有机污染物的种类越来越多，成分也越来越复杂。尽管目前已经有大量的污水处理设备应用于水污染的治理，也取得了一定的治理效果，但随着污水量的增加和难降解有毒有机污染物种类的增多，常规的污水处理技术包括物理法(吸附、超滤)、化学法(化学氧化法、生物化学处理法、物理化学法)、生物法等(如吸附、活性污泥等)在污水处理方面仍存在很大的局限性，如成本高、处理不彻底、污水排放不达标等，特别是一些难降解有毒有机污染物难以被有效去除。因此，污水净化技术及装置的研究已经成为目前研究的热点。

自1972年Fujishima和Honda发现利用半导体金属氧化物TiO₂单晶电极可见光分解水以来，光催化氧化技术在环境治理方面引起了人们的广泛关注与研究。与常规的污水处理技术相比，光催化氧化技术具有反应条件温和、选择性不高、操作简便、处理彻底、毒性中间产物少等优点，是水处理领域中一项比较重要的高级氧化技术。现有的很多光催化处理装置普遍存在光能利用效率低、装置复杂、成本高昂等问题，直接影响了光催化技术在工业化污水治理方面应用的前景，因此研制结构简单、操作方便、光利用率高及光催化剂性能能够得到充分发挥的光催化处理装置是当前国内外相关领域的研究重点。而研制利用光催化技术治理污水的装置，其核心在于光催化处理装置的结构设计。

目前，对光催化处理装置尚缺少明确、统一的标准，根据光催化处理装置的内部结构、工作状态以及催化剂在处理装置中存在形式和应用情况的不同，光催化处理装置主要分为固定式和悬浮式两类。固定床式反应器中催化剂颗粒或催化剂固定膜在反应器内处于静止状态，与光和空气及液相中的反应物接触面积小，反应速度和处理量都受到很大限制；悬浮式反应器中催化剂颗粒悬浮在气液混合物中，增加了催化剂与气液两相的接触面积，使得有效光照面积增加，光催化效率有了明显提高。

但目前已有的悬浮式反应器只能单次处理一种或两种样品，而这些光催化反应器在实验室研究和工程应用上，它们大都存在光能利用效率低、难以单次批量实验、装置复杂的缺点，而通过设计研制多点位光催化反应装置则能有效避免这些问题，具有良好的应用前景。同时多点位光催化反应装置在水处理方面的开发尚处于起步阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以批量进行光催化反应、工艺结构简单、能耗低、高效的多点位光催化反应装置。

本发明是通过采用以下的技术方案来实现上述发明目的。此用于水处理的多点位光催化反应装置包括光催化反应室、磁力搅拌调速器和冷却水循环系统；所述光催化反应室包括避光外罩、可替换截止滤光片凹槽、散热通风扇、氙灯/汞灯光源及多点位反应容器固定板；所述冷却水循环系统包括冷却水循环泵和红铜、橡胶管线；光催化反应室放置于磁力搅拌调速器上；光催化反应室下部铺设有铜质管线，铜管通过橡胶管线连接在冷却水循环泵上，反应室水槽内保持30.0mm的水位高以控制反应容器内反应液温度；光催化反应室水面上部15.0mm处平置一块多点位反应容器固定板，固定板圆孔内放置反应烧杯，用以固定反应烧杯位置；光催化反应室顶部放置氙灯/汞灯光源，光源下部的抽拉凹槽用于放置平板玻璃或者截止滤光片，以获得一定波长的光，光源两侧装有散热通风扇来降低光催化反应室温度；光催化反应室避光外罩三面密封，一面可向外拉起，用于实验采样。

本发明的研究装置中，所述光催化反应室避光外罩的材质为不锈钢，多点位反应容器固定板材质为耐高温、抗酸碱聚四氟乙烯，反应烧杯材质为有机玻璃，或聚乙烯PE，或聚丙烯PP。

本发明的研究装置中，采用多点磁力搅拌的催化剂分散方式。

本发明的研究装置中，可根据实验需要迅速的更换所需光源，所述光源分别为辐射波长范围为190-1900nm，功率为1000W的长弧氙灯和主波长为365nm，功率为1000W的高压汞灯。

本发明的优点在于：

1、利用多点位磁力搅拌调速器和多点位反应容器固定板实现了批量进行光催化反应研究的目的，能耗低，效率高；

2、光源下部的抽拉凹槽放置不同的截止滤光片可得到不同波长的光；

3、光催化室内光强分布均匀，密闭系统避免了外部的干扰，且反应液温度可控，评价指标稳定；