[发明专利]水涡流-压电自驱动污水处理微反应器及其处理方法

说明书

本发明公开了新型水涡流‑压电自驱动污水处理微反应器及其处理方法，反应器包括螺旋盘管以及进水储液漏斗，所述螺旋盘管为螺旋状的空心管，包括进水口和出水口，在所述进水口处或进水口附近处设有进水储液漏斗。污水处理方法包括如下步骤S1：配置污染物溶液，称取压电催化材料并与污染物溶液混匀；S2：将混合液从进水储液漏斗倒入螺旋盘管；S3：在出水口处接住全部混合液，多次重复步骤S2。本发明反应器结构简单，操作方便，成本低，维修费用以及后续管理费用低。本发明无需外界能量供给，仅靠螺旋盘管内液体流动所产生的机械力驱动二维状压电催化反应来降解污染物，将自然界随处可见的微弱的水流机械充分运用到环境治理领域中，而避免其浪费。

技术领域

本发明涉及化学反应实验设备技术领域，特别涉及一种利用压电效应的新型水涡流-压电自驱动污水处理微反应器及其处理方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭，绿色、清洁无污染的可再生能源的有效利用越来越受到人们重视，人们致力于探索更多形式的可再生资源中。水的机械能是可再生资源中的典型代表，在自然环境中随处可见，但是它们分布分散、密度小、频率低，因此收集、转换并加以利用水的机械能，将是一个具有重要意义和巨大挑战的难题。

近年来，压电材料如氧化锌(ZnO)，奇数层的二硫化钼(MoS₂)纳米片，钛酸钡(BaTiO₃)等，通过对其施加机械应力(例如超声、搅拌、风力、水流、摩擦和挤压等)使得压电材料内部发生极化，产生电子和空穴。目前压电材料已经逐渐应用于环境治理以及修复技术中。2015年，王中林团队提出了一种风车式空气净化系统，以自然风为动力带动风车转动而将机械能转化为电能，以电吸附灰尘并去除SO₂。而以水流为驱动力来控制水污染的自供能设备暂未见报道，还有待开发。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了新型水涡流-压电自驱动污水处理微反应器，结构简单，能够模拟真实环境中的水流。

本发明的另一个目的在于提供了利用新型水涡流-压电自驱动污水处理微反应器处理污水的方法，二维状的压电催化材料在反应器中发生形变而生成压电电荷，压电电荷进一步与氧气、水等结合生成多种高活性自由基组分，以此达到催化降解污染物的目的。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：新型水涡流-压电自驱动污水处理微反应器，包括螺旋盘管以及进水储液漏斗，所述螺旋盘管为螺旋状的空心管，包括进水口和出水口，在所述进水口处或进水口附近处设有进水储液漏斗。反应器可以模拟真实环境中的水流。

作为优选的技术方案，所述螺旋盘管的内径为8mm，外径为10mm，螺旋上升角度为20°。

作为优选的技术方案，所述螺旋盘管的总长为3m，高度为1m。

作为优选的技术方案，所述进水储液漏斗中设有止水阀。采用这种结构，止水阀可以控制漏斗中液体流动。

本发明的另一个目的可以通过如下技术方案实现：利用新型水涡流-压电自驱动污水处理微反应器处理污水的方法，包括如下步骤：S1：配置污染物溶液，称取压电催化材料并与污染物溶液混匀；S2：将混合液从进水储液漏斗倒入螺旋盘管；S3：在出水口处接住全部混合液，多次重复步骤S2。

作为优选的技术方案，所述压电催化材料为二维状的压电催化材料。

作为优选的技术方案，所述二维状压电催化材料为奇数层二硫化钼纳米片、氧化锌纳米片或钛酸钡纳米片。

作为优选的技术方案，所述污染物为罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝、恩诺沙星、环丙沙星、甲硝唑、苯并噻唑或苯并三唑。

作为优选的技术方案，在步骤S1中配置污染物溶液时，使用实际水环境条件下的水作为背景基质。

作为优选的技术方案，所述背景基质为去离子水、雨水、河水、自来水或者药厂废水。