[发明专利]基于碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜的废水处理装置及其应用

说明书

本发明涉及一种基于碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜的废水处理装置及其应用，包括进水系统、光催化系统、蒸馏系统、循环水系统和集水系统，所述光催化系统包括石英冷阱和光源，光源置于石英冷阱内；所述蒸馏系统包含加热器、膜蒸馏器、碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜，碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜做成圆柱侧面的形状，光催化系统位于中心轴上。碳纳米管/氧化锌纳米催化剂在光催化作用下可降解农药废水中的有机物，以PTFE膜为载体，不仅可以减缓PTFE膜的污染，而且解决了纳米光催化材料在处理过程中难以回收的问题。本发明方法对农药废水中COD的去除率可达95%以上，实现了农药废水的高度纯化，具有很强的实用性和广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于农药废水处理领域，具体涉及一种基于碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜的废水处理装置及其应用。

背景技术

我国是农业大国，也是农药的生产和使用大国。据统计，2004年我国农药生产企业将近2000家，年农药生产量达到了80万吨，位居世界第二。在农药的生产过程中，会产生大量的农药废水，主要包括农药合成时产生的废水、产品洗涤水、车间和设备洗涤水等。农药废水的成分复杂，毒性大，含有苯环类、酚、汞等有毒物质，而且具有较高的COD，如果直接排放到自然水体中会给环境造成极大的损坏，所以对农药废水的净化处理引起了人们的广泛关注。

膜分离是20世纪初出现，20世纪60年代后快速发展起来的一门新的分离技术。由于其兼有分离、浓缩和纯化等特点，又有高效、节能、环保过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，膜分离技术已在生物、环保等领域得到了广泛的应用，成为分离科学中最重要的手段之一。PTFE膜以聚四氟乙烯为原材料，透气不透水、通气量大、耐高温、抗强酸、无毒，在膜分离技术中扮演着重要的角色。但是单独将PTFE膜应用于农药废水处理过程中，只能对农药废水进行物理分离 ，并没有有效地去除废水中的污染物质，而且PTFE膜在长时间运行中会受到污染，降低了分离的效果。因此，找到一种将农药废水无害化的方法变得尤为重要。

纳米光催化技术是一种高级氧化技术，目前被广泛应用于废水处理过程中。纳米光催化剂在光的照射作用下产生具有强氧化作用的羟基自由基，将废水中的有害物质降解，生成水和无害气体，并且不会产生二次污染。目前研究的最为成熟的纳米光催化剂是TiO₂，但是TiO₂只能利用紫外光进行催化作用，限制了其在废水处理中的广泛运用。ZnO作为光催化剂，具有价格低廉、无毒、高光催化性能等特点，成为人们研究的热点。为了进一步提高ZnO的光降解活性，纳米级ZnO应运而生。但是，纳米ZnO在使用过程中，会发生严重的光腐蚀现象，限制了ZnO的应用。近几年，碳纳米管管壁官能团迅速发展，并且碳纳米管具有优良的电子传导性、对反应物和反应产物的吸附和脱附性能、碳与金属催化剂的金属-载体强相互作用和量子效应能特点，使其越来越多地用作催化剂载体。碳纳米管与纳米ZnO的复合材料，可减少ZnO的光腐蚀，提高ZnO对农药废水的光催化降解效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜的废水处理装置及其应用。该装置中采用的碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜，将碳纳米管/氧化锌复合光催化剂与PTFE膜结合起来，不但可以充分发挥各自的优点，并且可以弥补两者在废水处理中的不足，对废水中酚类物质去除率和COD去除率达到95%以上。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜的废水处理装置，包括通过管道顺次连接的进水系统、光催化系统、蒸馏系统、循环水系统和集水系统，所述光催化系统包括石英冷阱和光源，光源置于石英冷阱内；所述蒸馏系统包含加热器，膜蒸馏器，碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜，碳纳米管/氧化锌PTFE光催化膜做成圆柱侧面的形状，光催化系统位于中心轴上。装置图如图1所示。

进水系统包括废水池和进水泵，循环水系统包括循环水泵和循环水池；集水系统包括集水池。

所述进水泵采用液位控制器控制泵的开关；