[发明专利]高效的液芯光纤光催化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化反应器，具体涉及一种高效的液芯光纤光催化反应器，属于化工设备技术领域。

背景技术

随着国家对水资源循环利用的日益重视，尤其在缺水地区，污水“零排放”已经越来越被认识并推广。在实现“零排放”的过程中，多级反渗透浓盐水中COD的降解是关键难点之一。多级反渗透浓盐水是指在污水处理的过程中，已经经过生化处理、微滤、纳滤、超滤以及反渗透处理后残余的高浓度废液，其特点是盐含量高、有机物含量高，且其中的有机物大多为生化反应无法氧化分解的稳定有机物。如若不将浓盐水中的有机物与无机盐类分离，在浓盐水蒸发过程中有机物会凝结成胶质阻碍蒸发过程造成额外的能源的损耗，其次，残存有机物对浓盐水蒸发终产物即无机盐的纯度造成严重影响。没有将有机物和无机物分离的终产物会被归类为危险化学废料，如今大多采用填埋等方式处理，成本巨大且对环境有二次污染的潜在风险。如果能将残存有机物进行处理，使无机盐得以分离提纯，不仅能够节约危险化学废料处理所要消耗的人力物力财力，而且可以使无机盐得到重复利用创造更多价值得以“化废为宝”。

光催化技术的特点为该问题的彻底解决提供了思路。目前，对二氧化钛光催化反应的研究已证明了该技术本身的可行性，市场上也已出现利用紫外灯催化二氧化钛处理有机物的设备并用于实际。在研究如何提高光催化效率方面，部分研究人员一直致力于光催化反应器的设计改进及研制，传统的固定式光催化反应器主要存在两个缺点：

1、反应介质对光的吸收和散射造成光利用率较低；

2、TiO₂的活化比表面积小造成传质限制，因而降低了反应器的处理能力。

光纤型反应器以光纤作为催化剂负载基底及紫外光的传输媒介，直接将光传导至反应物中，极大地增加了光照比表面积，令光分布更为均匀，减少了传质限制，使光的利用率得到显著提高。

目前，多数光纤型光催化反应器都是在光纤外部直接涂覆二氧化钛，这样做存在两个问题：

1、如果采用裸露石英纤维，在涂膜和反应器制作过程中石英光纤极易发生断裂；

2、对于这种结构的光纤，在靠近光纤的输入端时，大部分的传输光没有顺利进入光纤端面而是被折射出了光纤，这就缩短了在光纤中光的轴向传导距离，因而减小了光纤型反应器的有效光催化表面积，同时反应器的光催化降解能力大打折扣。

液芯光纤是一类具有新式构造组成的光传输媒介。液芯光纤与普通固体光纤(由固态纤芯和固态包层组成)不同，它的包层一般使用较低折射率的管状材料，液芯材料一般使用较高折射率的液体材料,在柔性软管中充入高折射率的透明液体，使用透明材质的圆柱型固体作为光窗对包层管两端进行密封，光窗材质要与传输的波长相对应，这样就构成具有液体纤芯和包层结构的液体光波导。因为全反射的原理，光线穿过光窗射入到液芯光纤内部时会被束缚在包层里，在液体中沿着光纤轴线不断地向前传播，然后通过另一端的光窗输出。

与固体光纤比较，液芯光纤在特定波段内的消耗更小，这一点对于光线的传送来说是很关键的。液体光纤具有与普通光纤不一样的特别构造，使其具有许多独有的特性，例如：较大的芯径、较高的光谱传输质量、较宽泛的光谱传输的范围、较大的数值孔径、较长的使用寿命。

特别值得一提的是，玻璃或石英光纤传光束经常使用时，如果过度弯曲会致使光纤单丝断裂，传光效率下降，这个问题对液芯光纤来说是不存在的，因为液芯光纤的内部完全是由一种材质组成的，能够防止像普通光纤那样传光束中光纤丝之间的缝隙所引发的耦合损耗，传输功率较大的光能量也不会被损坏，而且液芯光纤生产成本低，生产效率高，更适合于大规模生产。

发明内容

本发明从液芯光纤的发光机理出发，目的在于提供一种高效的液芯光纤光催化反应器。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

高效的液芯光纤光催化反应器，其特征在于，包括：紫外光源、传光光纤、紫外发光面、液芯光纤束和反应器外壳，其中，

前述液芯光纤束由多根液芯光纤组成，每一根液芯光纤的内壁上都涂覆有二氧化钛催化剂，液芯光纤束通过液芯光纤上定位架和液芯光纤下定位架固定在反应器外壳的内部；

前述反应器外壳的下部设置有进水口，上部设置有出水口；

前述紫外发光面设置在反应器外壳的内部的顶端，与水直接接触，紫外光源产生的紫外光通过传光光纤送至紫外发光面，以面光源的方式传入反应器。

前述的高效的液芯光纤光催化反应器，其特征在于，前述液芯光纤的外径为5mm，内径为3mm。