[实用新型]锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置

说明书

技术领域

本实用新型属于环境纳米技术和水处理领域，尤其涉及一种锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置。

背景技术

随着工业化进程的加快，水体富营养化日益严重。在富营养化的淡水水体中，当有适宜的物理化学条件时，水体中的藻类短时间内大量繁殖并聚集，即出现水华。当水华出现时，藻体死亡能释放大量的藻毒素，严重危害人类和水生生物的安全。淡水中蓝绿藻属分泌产生的蓝藻毒素是目前已经发现的污染范围最广的一类藻毒素，其中微囊藻毒素是毒性最强，急性危害最大的淡水蓝藻毒素。近年来，随着蓝藻水华的频发，我国有很多湖泊和水系都面临着微囊藻毒素泛滥的问题。

沿面放电等离子体是一种能有效降解有机污染物的放电形式。液体沿面放电等离子体是在液体沿面的气相中放电，产生各种活性物质，包括臭氧、自由基等等，物质的类型取决于气相成分。这些活性物质通过气相表层溶解在水中，与水中的污染物反应。沿面放电过程中产生的自由基具有强氧化性，在污染物降解中起到了至关重要的作用，但是自由基的瞬间湮灭性使其难以与液相中的污染物接触。因此，采用催化技术提高自由基的产率以及促进溶于水相的臭氧、H₂O₂等物质转化成自由基具有重要的意义。

炭凝胶是近年来发展的一种新型多孔性炭材料，以介孔为主，具有密度小、比表面积大、孔隙率发达和孔径可调节等优点，在吸附剂、催化剂载体领域很有应用前景。金属掺杂炭凝胶材料的性质使得它作为吸附剂或是催化剂都极具优势。锰钛共掺杂炭凝胶可充分利用脉冲放电时产生的臭氧以及紫外等，从而提高沿面放电等离子体体系中自由基的产率和能量利用率，实现对有机污染物的高效降解。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置。

锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置包括电源、反应器和曝气装置，其特征在于：所述的电源为高压脉冲电源，所述的脉冲为陡前沿窄脉冲，脉宽为1-2 μs，所述的反应器为一个可拆卸顶盖和底盖的绝缘圆柱筒，在反应器顶盖的中心处开有第一中心孔，通过第一中心孔用法兰固定正电极，在反应器底盖的中心处开有第二中心孔，通过第二中心孔用法兰固定负电极，正电极和负电极分别与高压脉冲电源的正负极相连，反应器顶盖上设有出气孔，反应器底盖与负电极之间设有微曝气管，微曝气管通过进气孔与曝气装置相连，使装置内投加的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒流化。所述的曝气装置包括气体流量计和与其相连的空气泵，气体流量计与反应器侧壁底端的进气孔相连，进气孔设置在反应器侧壁底端；

所述的反应器中正电极和负电极的材料为不锈钢材料，且正负电极均是螺纹杆与圆盘固定连接结构，圆盘上有28个均匀分布的直径8 mm的小孔；正电极置于液面上0.5-2cm处，负电极置于反应器底部微孔曝气装置之上。

本实用新型的有益效果在于：结构简单，操作方便，通过曝空气，提高了活性物质的产率，且使锰钛共掺杂炭凝胶颗粒流化起来，与污染物充分接触。负载在炭凝胶材料表面的过渡金属锰和钛可有效的提高氢氧自由基的产率。针对藻毒素的体积所制备的炭凝胶材料的微孔-介孔结构可富集微囊藻毒素，从而提高了藻毒素的去除效果，降低了运行成本。可用于饮用水源水藻类爆发时藻毒素的去除，也可用于饮用水源水中微污染有机物的去除。

附图说明

图1. 锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电等离子体反应装置。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置包括电源1、反应器2和曝气装置，所述的电源1为高压脉冲电源，所述的脉冲为陡前沿窄脉冲，脉宽为1-2 μs，所述的反应器2为一个有可拆卸顶盖和底盖的绝缘圆柱筒，在反应器2顶盖3的中心处开有第一中心孔，通过第一中心孔用法兰固定正电极5，在反应器2底盖4的中心处开有第二中心孔，通过第二中心孔用法兰固定负电极6，正电极5和负电极6分别与电源1的正负极相连，反应器2顶盖上设有出气孔7，反应器2侧壁底端设有曝气管9，通过反应器2侧壁底端的进气孔8，依次与气体流量计10和空气泵11连接。其中反应器中正电极5和负电极6的材料为不锈钢材料，且正负电极均是螺纹杆与圆盘固定连接结构，圆盘上有28个均匀分布的直径8 mm的小孔，所述的正电极置于液面上0.5-2cm处，负电极置于反应器底部微孔曝气装置之上。