[发明专利]一种利用连续流光催化反应装置调控催化剂活性的方法及其应用

说明书

本发明属于光催化氧化技术领域，公开了一种利用连续流光催化反应装置调控催化剂活性的方法及其应用。该方法是将目标污染物的稀释液置于储液罐中，将储液罐与光催化反应器通过硅胶管紧密连接；通过单通道蠕动泵分别控制进水流速为5～30mL/min和出水流速为1～15mL/min，保证平均水流速度为3～20mL/min，装置在连续流状态下运行，催化剂受紫外光持续激发直至目标污染物完全氧化。该方法在保证高效处理目标物的情况下，通过调节待处理流体在进出水口的流速，改变目标物与催化剂的接触时间，从而调控催化剂活性与寿命。可用于催化剂失活等相关机制研究以及医疗废水处理、污水处理二级出水或城市饮用水的深度净化等领域。

技术领域

本发明属于光催化氧化技术领域，更具体地，涉及一种利用连续流光催化反应装置调控催化剂活性的方法及其应用。

背景技术

光催化是基于半导体光催化剂在紫外线照射下产生的具有氧化还原能力的活性物种而净化污染物。利用光催化净化技术去除水中有机污染物具有以下优势： 1)反应条件温和：半导体在常温常压下受光激发即可产生大量反应活性物种；2) 去除效率高，脱毒能力强：迅速破坏有机污染物原有结构，逐步转化为小分子、低毒产物，甚至完全矿化，净化效果良好；3)商用半导体催化剂性质稳定、来源广、成本低，使用寿命较长；4)未来有望利用太阳光作为激发光源，大幅降低处理成本；该技术在水体深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。然而，已有研究存在以下局限：不能根据待处理水体的实际水量和水质灵活调节光源强度和运行数量，浪费能源；粉末光催化剂回收困难、排入水体造成二次污染；固定光催化剂的负载量较小、固定效果不佳；静态光催化反应和实际处理条件差距大、研究结果不易转化为实际水处理过程的操作条件。因此，开发一种可以灵活控制多组光源的连续流式固定床光催化反应器是研究固定光催化剂失活机制以及光催化技术应用于实际水处理过程中的必然选择。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用连续流光催化反应装置调控催化剂活性的方法。该方法利用连续流光催化反应装置，通过光源强度可根据待处理水体的实际水量和水质条件而灵活调节并且净化效率较高的节能连续流光催化反应实施。

本发明的另一目的在于提供上述节能连续流光催化反应装置。

本发明的再一目的在于提供上述节能连续流光催化反应装置在医疗废水处理、城市污水处理厂二级出水或城市饮用水深度净化领域中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种利用连续流光催化反应装置调控催化剂活性的方法，包括以下具体步骤：

S1.将催化剂悬液均匀涂覆于催化剂载体上烘干固定，然后将附着有光催化剂的载体在150～400℃煅烧，制得光催化剂，将其与固定框组合制得光催化剂组件；

S2.将目标污染物的稀释液置于连续流光催化反应装置的储液罐中，将储液罐与光催化反应器通过硅胶管紧密连接，通过单通道蠕动泵分别控制光催化反应器的进水流速为3～30mL/min和出水流速为1～20mL/min，保证平均水流速度为 3～20mL/min，装置在连续流状态下运行，通过控制水流在装置进出水口的流速，改变水流和固定光催化剂之间的接触时间，实现催化剂活性的调控。

优选地，步骤S1中所述催化剂悬液为TiO₂溶液、ZnO溶液或Pd@TiO₂溶液中的一种以上，所述催化剂悬液的浓度为0.02～2g/mL，所述催化剂载体为泡沫镍、泡沫铝、玻璃纤维膜中的一种以上，所述煅烧的时间为4～8h。

优选地，步骤S2中所述目标污染物的稀释液的浓度为5～40mg/L，所述目标污染物为5-氟尿嘧啶，所述处理的时间为3～8h，所述紫外灯照射波长为 320～410nm。