[发明专利]基于光能的污水处理方法及装置

说明书

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于光能的污水处理方法及装置。本发明提供的污水处理用蒸汽发生器包括：多孔材料，用于吸附及传输待处理污水；光热转换层，用于将光能转换为热能并使待处理污水中的水分子转换为气态；其中，光热转换层位于所述多孔材料的表面。通过将碳纳米管沉积到多孔材料上制成的蒸汽发生器在光能的作用下能够有效地实现污水的高效清洁分离，且该蒸汽发生器具有优异的分离稳定性能和良好的可再生性能，可以通过煅烧的方式重新利用因为染料分子而堵塞的太阳能蒸汽发生器，不会造成二次污染。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种基于光能的污水处理方法及装置。

背景技术

随着全球工业和人口的快速增长，大量污染物，如有机染料，表面活性剂，重金属离子，油和其他有机溶剂被释放到河流和湖泊中，造成严重的健康威胁水污染问题。这种有机分子染料，如亚甲基蓝(MeB)，碱性融合蛋白(BF)，甲基橙(MO)等，已广泛用于印刷，纺织，造纸和皮革工业。含有的染料分子因为其复杂的芳环结构和异质结构，具有化学稳定性，很高的毒性，因此这些工业废水在被释放到天然水体之前必须仔细处理。在废水处理技术中，光催化降解，膜过滤，吸收法已广泛用于去除这些有机染料。

尽管在染料废水处理方面取得了一定的进展，但仍有许多问题需要解决。例如，光催化是处理废水的常用方法，其中有机染料在暴露于可见光或紫外光照射时会降解。然而，这个过程并没有真正降低水中有机碳的含量，在水中留下有机残留物，尽管染料废水的颜色在视觉上变化或消失。在分离染料分子时膜过滤的方法也存在很大局限，其孔隙很容易被染料分子阻挡。最常用的清洁过滤膜的途径是用强氧化剂进行化学冲洗，不过这会导致膜腐蚀，破坏膜的润湿性并缩短膜寿命。除此之外，物理吸附用的吸附剂主要依赖于吸附剂和染料分子之间的非共价相互作用力(π-π，氢键相互作用，静电相互作用和酸碱相互作用)，这就要求在染料分子和吸附剂上存在特定官能团，因此极大的限制了吸附材料和分离染料的选择。另外，暴露在吸附剂上的特定官能团的数量限制了吸附能力，导致吸附高浓度的染料废水的失效。因此，开发用于染料废水的可再生的高效纯化方法已经成为世界范围的挑战。

发明内容

本发明提供一种污水处理方法及装置。本发明研究发现，通过将碳纳米管沉积到多孔材料上制成的蒸汽发生器在光能例如太阳能的作用下能够有效地实现污水尤其是染料污水的高效清洁分离，且该蒸汽发生器具有优异的分离稳定性能和良好的可再生性能，可以通过煅烧的方式重新利用因为染料分子而堵塞的太阳能蒸汽发生器，不会造成二次污染。

具体而言，本发明提供一种污水处理用蒸汽发生器，其包括：

多孔材料，用于吸附及传输待处理污水；

光热转换层，用于将光能转换为热能并使待处理污水中的水分子转换为气态；其中，所述光热转换层位于所述多孔材料的表面。

进一步地，所述光热转换层位于所述多孔材料的至少一个面或多个面。当该蒸汽发生器被光源照射时，至少被所光源照射的部分设有光热转换层。

在本发明一些实施例中，所述光热转换层位于所述多孔材料的全部表面。

通常情况下，能被光源照射到的该光热转换层的范围(例如面积)越大，也会有更多的光能转换为热能，有利于提升污水分离速度。

进一步地，所述多孔材料为多孔超亲水陶瓷，可市售购得。多孔超亲水陶瓷内部含有丰富大量的通孔，这些通孔给了水分传输的路径，实现水分由下至上传输。另外该陶瓷的超亲水性能，能够使得陶瓷能够有效的吸收(染料)废水，并且为陶瓷表面(例如顶部)的光热转换层源源不断地提供水分的重要基础。

在本发明一些实施方式中，所述多孔材料的尺寸为2.5cm×2.5cm×4cm。

进一步地，本发明所述光热转换层为碳纳米管；可市售购得。