[实用新型]光催化水处理装置以及光电催化水处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及水处理装置，更具体地，涉及一种光催化水处理装置以及光电催化水处理装置。

背景技术

工业或家庭的废水中的有机污染物必须在排放之前被排除或降解。在不同的处理方法中，最受关注的是高级氧化法(AOPs)，其使用羟基自由基(OH·)作为强氧化剂来降解有机废物。

在不同的AOPs中，由于光催化法能够在环境温度和大气压下将很大范围的顽固的有机废物降解并矿化成无害物质，所以在近几年得到很大的关注。光催化氧化方法主要使用微粒锐钛矿TiO₂悬浮液来去除污染物。使用TiO₂悬浮液的水处理装置的优点在于光催化剂容易添加到污水中。由于使用的TiO₂的尺寸是纳米级的，TiO₂纳米颗粒的后处理过程需要过滤去除光催化剂粉末，该过程不仅耗时，而且成本很高，这妨碍了该技术的应用。

为了解决上述问题，人们在惰性载体上固定光催化剂，从而取消昂贵的分离过程。例如，将光催化剂固定到载体表面上，例如玻璃、硅胶、金属、陶瓷、聚合物、薄膜、纤维、沸石、矾土、活性炭、纤维素、反应器外壁等等。然而，与TiO₂悬浮颗粒相比，相对较低的表面积和产生的电子空穴对的复合使得固定化光催化剂的反应效率不高。

此外，固定的光催化剂完全浸入溶液中，激发光需要穿过样品溶液、甚至穿过光催化反应器的外壁才到达光催化剂表面，由于样品溶液的吸收而导致激发光能量的严重损耗，并导致处理效率低下。在许多情形下，溶液中存在一些物质能够强烈地吸收光能，在这些情形中能量损耗更为严重。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种新型光催化/光电催化水处理装置，其能够提高激发光的利用效率，减少能量损耗，由此改进整个装置的效率。

根据本实用新型的第一个方面，提供一种光催化水处理装置，包括：

容器，其用于容纳待处理的水溶液；

旋转部件，其布置在所述容器的上方，并部分地位于所述水溶液的液面以下，所述旋转部件具有供所述水溶液进入的通道，所述通道的内壁上涂覆有光催化剂；

驱动部件，其驱动所述旋转部件来旋转；以及

光源，其布置在所述旋转部件的所述通道内，并位于所述水溶液的液面以上，所述光源用于照射所述光催化剂。

优选地，所述旋转部件是圆柱形转筒，所述圆柱形转筒的中心轴线平行于所述水溶液的液面。

优选地，所述光源设置在所述圆柱形转筒的中心轴线上，有利于光源均匀地照射光催化剂。

优选地，所述旋转部件的旋转速度是可调节的，以便于操作者根据具体的应用情况来调节所述旋转速度。

优选地，所述光催化剂是半导体材料。更优选地，所述半导体材料是TiO₂或ZnO。

优选地，所述旋转部件的所述通道的内壁上设有突起或凹部。更优选地，所述突起是锥状的突起，以便于增加光催化反应的表面面积。

优选地，所述光源为VUV光源、UVA光源、UVB光源，UVC光源或可见光光源。

根据本实用新型的第二个方面，提供一种光电催化水处理装置，其特征在于，包括：

前述的光催化水处理装置，其中，所述旋转部件用作电极阳极；

电极阴极，其浸入所述水溶液内或浸入另一溶液中；以及

恒电位仪，其连接在所述电极阳极和所述电极阴极之间。

该光电催化水处理装置通过将旋转部件用作电极阳极，并在水溶液中引入电极阴极，并通过恒电位仪向旋转部件施加正电势，促使光催化反应中产生的光生电子流向电极阴极，由此抑制光生电子和光生空穴的复合，从而提高了光催化反应效率。

本实用新型通过增强激发光的利用效率来改进光催化/光电催化水处理装置中的催化反应效率，同时减少能量消耗。

附图说明

本实用新型的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的第一个方面的光催化水处理装置的结构示意图；以及

图2示出了根据本实用新型的第二个方面的光电催化水处理装置的结构示意图。

附图标记说明

100光催化水处理装置

10容器

20旋转部件

21通道

30驱动部件

40光源

50水溶液

51液面

60电极阴极

70恒电位仪

80支架