[发明专利]一种气液放电协同复合型光催化剂水处理装置及处理方法

说明书

本发明涉及一种气液放电协同复合型光催化剂水处理装置及方法，其结构包括驱动电源和气液放电反应器，反应器为阵列结构，由高压电极、气室、进气口、多孔陶瓷网、活性炭、石英外壳、地电极等构成，其处理方法包括如下步骤：1)通入待处理的液体样品；2)将光催化剂置于放电反应器中；3)通入气体，开启高压纳秒脉冲电源，进行处理；4)关闭高压电源，停止通入液体样品，关闭质量流量控制器，停止通入气体。优点：1.以TiO₂‑WO₃为催化剂，提高处理效率和能量利用率。2.以活性炭为催化剂载体，增大接触面积，增强反应速率和效率。3.采用气液放电形式，提高放电稳定性，避免电极腐蚀。4.纳秒脉冲电源驱动放电，增强放电过程中的光效应。

技术领域

本发明是一种气液放电协同复合型光催化剂水处理装置及处理方法，属于水处理技术领域。

背景技术

随着我国现代化建设的快速推进，水污染问题日益突出，对水生生物安全及人类健康造成严重威胁。目前水中有机污染物处理方法有萃取法、液膜分离法、化学氧化法和微生物分解法等，但这些方法都存在一定局限性，如萃取法和液膜分离法处理效率低，化学氧化法成本高、易造成二次污染，微生物分解法仅能分解某些特定的有机物。因此，需要开发新的高效水处理技术。

低温等离子体是近年来兴起的新型分子活化技术，其包含的高能电子、离子、激发态原子分子及自由基等具有很强的化学活性。气液放电作为产生低温等离子体的放电形式之一，近年来受到了广泛关注，被认为是处理水的有效方法，其具有反应活性高、对处理对象适应性强、无二次污染等优点。气液放电过程中伴随着强烈的紫外可见光、冲击波等效应，也可以分解水中有机物。但是，目前气液放电水处理的过程大多只利用了其中的化学效应，即放电产生的高能电子和各种基态激发态活性粒子，而光、声、冲击波等效应并没有被充分利用，处理效率和能量利用率仍需进一步提升。因此，开发一种能充分利用放电各种效应的高效水处理的方法具有重要应用价值。

气液放电产生的等离子体包含大量高能电子、离子、自由基，可与液体进行有效传质，从而在液相中引发进一步物理化学反应。因其反应活性高、对处理对象适应性强等特性被应用于水处理领域，如专利CN 102190352A提出了一种气液高压脉冲放电装置，其采用多针电极作为高压电极，通过气相放电产生的等离子体传质进入水中与有机物反应进行降解，多针结构的采用可增大处理面积；反应器内部设计使得气液流动的方向固定,可使产生的氧化性粒子与污染物的接触时间加大，提高反应器的转化效率，但是反应过程中持续向反应器内通入气体，气体消耗大。目前利用气液放电进行水处理的方法，只利用了放电的活性粒子，放电过程中的光效应并没有被充分利用。为了充分利用气液放电过程中的光效应，可将光催化技术与气液放电结合，在合理选择光催化剂和设计相应的放电形式的基础上，有望进一步提升处理效率。目前有部分专利采用放电协同光催化的方法进行水中有机污染物降解，如专利CN103011336A和CN203095665U中所述的水处理方法采用纳米管二氧化钛膜为光催化剂，利用放电产生的紫外光激活催化剂，产生协同效应，从而提高水中有机物的处理效率。但是该方法中采用的TiO₂催化剂响应光的波长范围短，无法充分利用放电的光效应，其电极位于水中易被腐蚀，不利于长时间工作。专利CN 103848484A提出了利用低温等离子体协同钼酸铋催化剂降解抗生素废水的方法，该方法以钼酸铋替代TiO₂作为光催化剂，可以响应紫外光和可见光，充分利用放电过程中的光效应，提高了处理的效率及能量利用率。但是该方法中采用的放电形式为气泡放电，由于气泡的不稳定性，放电并非持续发生，其产生的光效应弱于相同参数下的其他连续放电；并且该方法中将粉末状的光催化剂直接置于水中，在处理过程中光催化剂易凝结失效，寿命短，无法长时间连续处理。

发明内容