[发明专利]一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器

说明书

本发明公开了一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器，包括壳体、气体处理区和液体处理区。气体处理区设置于壳体中间，液体处理区设置于壳体上下端，两者隔离开来。该装置可同时降解液相和气相污染物，固定膜式催化剂可有效解决催化剂的分离和重复利用问题，转盘及扇叶旋转可有效解决液体和气体的传质限制，点光源、反光镜、灯管的配合使用有助于光利用效率的提高。通过在转盘上设置催化剂附着装置和在扇叶表面采用微蜂巢设计，可以增大催化剂附着面积，暴露更多的活性位点，从而提高催化效率。此反应器结构简单，操作方便，易于放大。

技术领域

本发明属于光催化污染物降解技术领域，尤其涉及一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器装置。

背景技术

目前,生活污水和工业废水的种类和排放量日益增多,成分日益复杂,含有许多难降解有机物,如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、农药、多氯联苯、多环芳烃、硝基芳烃化合物、染料及腐殖酸等，其中有些有机物甚至具有致癌、致畸、致突变等作用,对环境和人类有巨大的危害。

光催化氧化技术的原理是利用能量等于或大于半导体材料(TiO₂、ZnO、CdS等)禁带宽度(一般3eV以下)的光照射半导体材料,使其价带上的电子(e^-)被激发跃迁到导带,在价带上产生相应的空穴(h⁺)。光致空穴(h⁺)具有极强的得电子能力,将其表面吸附的OH^-和H₂O氧化成·OH,被激发的电子(e^-)与O₂结合生成超氧离子(·O₂^-)，·OH和·O₂^-将有机物最终氧化为CO₂、H₂O和无机离子。光催化氧化技术能无选择地将绝大多数有机物彻底氧化成CO₂、H₂O和其它无机物,反应速度快,耗时短,反应条件温和(常温、常压),操作条件易于控制,无二次污染，既可以作为预处理提高废水、废气的可生化性,又可作为深度处理确保处理后的品质,在难降解有机物的处理中有着广阔的应用前景。

经过近40年发展，光催化领域的研究工作多集中在催化剂制备、理论基础研究及基础应用方面，而光催化技术的工程应用，成功工业化的例子至今还没有，光催化反应器这一环节的缺失，制约着光催化技术从实验室走向工程应用。

目前，光反应器的种类按催化剂的存在状态可以分为3种：(1)悬浮式光反应器，主要有新型脉冲挡板管式光反应器，泰勒漩涡反应器，传统悬浮式光反应器；(2)镀膜催化剂反应器(如将二氧化钛光催化剂涂抹在反应器的内外壁、光纤材料和灯管壁等上面)；(3)填充床式光催化反应器(在反应器内填充二氧化钛颗粒或者上面覆盖有二氧化钛膜的硅胶、1-氧化铝、石英砂、玻璃珠等)。

表1三种反应器优缺点

设计一种能够进行大规模工业应用的光催化反应器，需要对反应器在界面、传质、光接收各方面同步优化，既要像悬浮式反应器那样具有良好的传质，又要有固定膜式反应器不需要催化剂分离的特性，同时也要兼顾良好的光照射分布，减少光的传递损失，在此基础上提高单位体积催化剂比表面积。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了一种多用固定膜式转盘光催化反应器。该反应器可同时降解液相和气相污染物，构造可运动的特殊结构以实现反应物连续传递且避免催化剂分离问题，并通过结构设计充分利用反应器有限的空间，最大化提高催化剂的利用率和增大接触面积，再通过对光源的合理选择和容器内部反光材料的应用提高光的利用效率。此外，本发明通过可拆卸催化剂附着装置的设计，极大地提高更换催化剂效率，可用于不同的催化反应，适用面更广。本发明在界面、传质、光吸收等方面全面协同优化，且具有结构简单，构建成本低，催化剂利用率高等优势。

本发明提供的技术方案如下：