一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化效果的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的大力發(fā)展，水環(huán)境中的有機(jī)污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，水中的有機(jī)污染物種類(lèi)多、數(shù)量大，嚴(yán)重危及人體健康，污染問(wèn)題相當(dāng)突出。自1972年Fujishma等人發(fā)現(xiàn)受輻射后的T12電極上能發(fā)生水的持續(xù)氧化還原反應(yīng)以來(lái)，以1102為代表的半導(dǎo)體光催化材料引起了人們的廣泛關(guān)注。光催化可產(chǎn)生活性氫氧自由基(.0H)和超氧陰離子自由基(.(V)，起到礦化降解環(huán)境污染物和抑菌殺菌的作用。光催化技術(shù)還具有二次污染少、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)便、能耗低等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，是污染控制化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的高級(jí)氧化技術(shù)。此外，光催化技術(shù)還可用于光解水制氫，因此可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能和污水凈化并行處理。因此，光催化技術(shù)可望成為解決當(dāng)今世界能源與環(huán)境兩大問(wèn)題的突破口，是一種方興未艾的水環(huán)境綠色技術(shù)。
[0003]在光催化過(guò)程中，光催化劑吸收能量大于其禁帶寬度的光子而被激發(fā)，產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)。電子和空穴被輸運(yùn)至催化劑表面，與吸附于催化劑表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成具有強(qiáng)氧化性的自由基將有機(jī)污染物氧化降解。由于光催化劑多為納米顆粒物，在進(jìn)行光催化水處理操作時(shí)一般是將其分散至水體系中形成懸浮液，在光照下進(jìn)行催化反應(yīng)。而此時(shí)光催化劑粉末和溶液體系對(duì)光催化效率的影響很大，只有溶液表層的污染物可被有效降解，而溶液中下部的光催化劑利用率很低。為了提高光催化反應(yīng)效率，應(yīng)改善光催化反應(yīng)型式，盡量減低水膜厚度。鄭先君等提出了一種以超聲霧化光催化技術(shù)強(qiáng)化光催化制氫效率的方法。具體的，在反應(yīng)器中引入超聲波霧化裝置，將懸濁液霧化后送到光輻射區(qū)，由于霧化顆粒的直徑僅為3?5 μπι，其中攜帶了細(xì)小的催化劑固體顆粒。因此表面水膜極薄，光催化劑可充分利用光能實(shí)現(xiàn)化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。然而在超聲霧化光催化過(guò)程中，霧化液滴容易附著在光源或反應(yīng)器壁表面，并在光照下?lián)]發(fā)形成牢固的污染層，隨著反應(yīng)時(shí)間的延遲，污染層逐漸增厚，會(huì)導(dǎo)致更為嚴(yán)重的光屏蔽現(xiàn)象，進(jìn)而影響光催化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有超聲霧化技術(shù)中存在的上述問(wèn)題而做出的，本發(fā)明的目的在于提供一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化效率的方法。
[0005]針對(duì)超聲霧化反應(yīng)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化效果的方法。由于光源與含光催化劑的超聲霧化液滴必然存在于同一反應(yīng)體系中，唯有精確地對(duì)霧氣的流動(dòng)進(jìn)行控制，才能有效避免霧化液滴對(duì)光源的附著和污染。因此，本發(fā)明在光催化反應(yīng)器中光源的周?chē)┘屿o電場(chǎng)和交變磁場(chǎng)，借助靜電場(chǎng)使霧化液滴帶電，當(dāng)霧化液滴進(jìn)入光源照射區(qū)后，交變磁場(chǎng)將引導(dǎo)霧化液滴環(huán)繞光源前進(jìn)但并不與光源和反應(yīng)器壁接觸，因此避免了光源和反應(yīng)器污染。同時(shí)由于霧化液滴的受控運(yùn)動(dòng)，可增加超聲霧化光催化的控制因素和可調(diào)性，拓展了超聲霧化技術(shù)的應(yīng)用潛力。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案，一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化效率的方法，其特征在于，電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化的裝置由超聲釜1、超聲換能器2、光源3、霧化反應(yīng)管4、電極板5、電磁鐵6、交流電源7、高壓直流電源8、回流管9組成。在實(shí)際運(yùn)行中，具體步驟如下:
[0007]將含有污染物和納米顆粒光催化劑的懸濁液置入超聲釜I中，將超聲換能器2置于超聲釜底部，并保持懸濁液的液面剛好浸沒(méi)超聲換能器2，將中央固定有光源3的霧化反應(yīng)管4橫置于超聲釜I頂部，上下連通，霧化反應(yīng)管4中央，光源的上下分別固定電極板5以提供高壓電場(chǎng)，圓環(huán)狀電磁鐵6分別套在霧化反應(yīng)管4的中前部和中后部。超聲霧化光催化反應(yīng)運(yùn)行前，首先開(kāi)啟超聲換能器2，在超聲釜I中形成含有光催化劑顆粒的霧化液滴，當(dāng)霧氣逐漸上升至超聲釜I與霧化反應(yīng)管4的連接處時(shí)，啟動(dòng)高壓直流電源7，在霧氣上下形成電場(chǎng)使霧化液滴帶電，帶電的霧化液滴在不斷產(chǎn)生的霧氣推動(dòng)下緩慢向霧化反應(yīng)管4兩端漂移，此時(shí)開(kāi)啟交流電源7，形成交變磁場(chǎng)，控制交流電源7的電壓和頻率，引導(dǎo)霧化液滴剛好環(huán)繞光源3螺旋前進(jìn)而與光源3和霧化反應(yīng)管4的內(nèi)壁接觸。此時(shí)激發(fā)光源3發(fā)光，開(kāi)始霧化光催化操作，當(dāng)霧化液滴漂移到霧化反應(yīng)管4兩端時(shí)，液化，自然沉降并匯入回流管9中，回流至超聲釜1，該過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)懸濁液中的污染物的降解。
【附圖說(shuō)明】
[0008]為更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，下面對(duì)【具體實(shí)施方式】部分的描述中使用到的附圖作簡(jiǎn)單說(shuō)明。
[0009]圖1為電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化的裝置示意圖
[0010]其中，1-超聲釜；2_超聲換能器；3-光源；4_霧化反應(yīng)管；5_電極板；6_電磁鐵；7-交流電源；8_高壓直流電源；9_回流管。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0012]第一實(shí)施例
[0013]進(jìn)行電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化的方法。具體步驟為:將含有壬基酚(10mg/L)和納米氧化鈦光催化劑的懸濁液置入超聲釜I中，將超聲換能器2置于超聲釜底部，并保持懸濁液的液面剛好浸沒(méi)超聲換能器2，將中央固定有光源3的霧化反應(yīng)管4橫置于超聲釜I頂部，上下連通，霧化反應(yīng)管4中央，光源的上下分別固定電極板5以提供高壓電場(chǎng)，圓環(huán)狀電磁鐵6分別套在霧化反應(yīng)管4的中前部和中后部。超聲霧化光催化反應(yīng)運(yùn)行前，首先開(kāi)啟超聲換能器2，在超聲釜I中形成含有納米氧化鈦顆粒的霧化液滴，當(dāng)霧氣逐漸上升至超聲釜I與霧化反應(yīng)管4的連接處時(shí)，啟動(dòng)高壓直流電源7，在霧氣上下形成電場(chǎng)使霧化液滴帶電，帶電的霧化液滴在不斷產(chǎn)生的霧氣推動(dòng)下緩慢向霧化反應(yīng)管4兩端漂移，此時(shí)開(kāi)啟交流電源7，形成交變磁場(chǎng)，控制交流電源7的電壓和頻率，引導(dǎo)霧化液滴剛好環(huán)繞光源3螺旋前進(jìn)而與光源3和霧化反應(yīng)管4的內(nèi)壁接觸。此時(shí)激發(fā)光源3發(fā)光，開(kāi)始霧化光催化操作，當(dāng)霧化液滴漂移到霧化反應(yīng)管4兩端時(shí)，液化，自然沉降并匯入回流管9中，回流至超聲釜1，該過(guò)程持續(xù)進(jìn)行2小時(shí)，壬基酚最終去除率99.5%，對(duì)比無(wú)電磁場(chǎng)強(qiáng)化的超聲霧化過(guò)程，降解率為67.2%。
[0014]第二實(shí)施例
[0015]以第一實(shí)施例中所述的裝置和方法對(duì)丙烯腈(116.2mg/L)廢水進(jìn)行超聲霧化光催化處理，處理時(shí)間2小時(shí)，丙烯腈去除率95.7%，對(duì)比無(wú)電磁場(chǎng)強(qiáng)化的超聲霧化過(guò)程，降解率為65.2 0Z0o
[0016]第三實(shí)施例
[0017]以第一實(shí)施例中所述的裝置和方法對(duì)十溴聯(lián)苯醚(3.25mg/L)廢水進(jìn)行超聲霧化光催化處理，處理時(shí)間1.5小時(shí)，十溴聯(lián)苯醚去除率77.1%，無(wú)電磁場(chǎng)強(qiáng)化的超聲霧化降解率為23.3%。
[0018]第四實(shí)施例
[0019]以第一實(shí)施例中所述的裝置和方法對(duì)硝基苯(5.17mg/L)廢水進(jìn)行超聲霧化光催化處理，處理時(shí)間2小時(shí)，硝基苯去除率72.5%，對(duì)比無(wú)電磁場(chǎng)強(qiáng)化的超聲霧化過(guò)程，降解率為45.1% ο
[0020]以上所述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于具體說(shuō)明本發(fā)明的精神，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，當(dāng)然可根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的技術(shù)內(nèi)容，通過(guò)變更、置換或變型的方式輕易做出其它的實(shí)施方式，這些其它的實(shí)施方式都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化效果的方法。具體步驟如下:將含有污染物和納米氧化鈦光催化劑的懸濁液置入超聲釜(I)中，將超聲換能器(2)置于超聲釜底部，并保持懸濁液的液面剛好浸沒(méi)超聲換能器(2)，將中央固定有光源(3)的霧化反應(yīng)管(4)橫置于超聲釜(I)頂部，上下連通，霧化反應(yīng)管(4)中央，光源的上下分別固定電極板(5)以提供高壓電場(chǎng)，圓環(huán)狀電磁鐵(6)分別套在霧化反應(yīng)管(4)的中前部和中后部。超聲霧化光催化反應(yīng)運(yùn)行前，首先開(kāi)啟超聲換能器(2)，在超聲釜(I)中形成含有光催化劑顆粒的霧化液滴，當(dāng)霧氣逐漸上升至超聲釜⑴與霧化反應(yīng)管⑷的連接處時(shí)，啟動(dòng)高壓直流電源(7)，在霧氣上下形成電場(chǎng)使霧化液滴帶電，帶電的霧化液滴在不斷產(chǎn)生的霧氣推動(dòng)下緩慢向霧化反應(yīng)管(4)兩端漂移，此時(shí)開(kāi)啟交流電源(7)，形成交變磁場(chǎng)，控制交流電源7的電壓和頻率，引導(dǎo)霧化液滴剛好環(huán)繞光源(3)螺旋前進(jìn)而與光源(3)和霧化反應(yīng)管(4)的內(nèi)壁接觸。此時(shí)激發(fā)光源(3)發(fā)光，開(kāi)始霧化光催化操作，當(dāng)霧化液滴漂移到霧化反應(yīng)管(4)兩端時(shí)，液化，自然沉降并匯入回流管(9)中，回流至超聲釜(I)，該過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)懸濁液中的污染物的降解。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及光催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以電磁場(chǎng)強(qiáng)化超聲霧化光催化效果的方法。在超聲霧化光催化水處理的過(guò)程中，施加高壓靜電場(chǎng)使含光催化劑納米顆粒的霧化液滴帶電，隨后施加交變磁場(chǎng)使帶電的霧化液滴在電磁力的作用下環(huán)繞線(xiàn)光源受控前進(jìn)，并回流至光催化劑懸濁液體系。本發(fā)明可避免霧化液滴與線(xiàn)光源表面接觸，克服光源外表面催化劑污染的問(wèn)題，同時(shí)強(qiáng)化霧化液滴在空氣中的擴(kuò)散速率，改善擴(kuò)散模式，提高光催化劑的利用效率，強(qiáng)化超聲霧化對(duì)水中污染物的催化降解效果。
【IPC分類(lèi)】C02F1-30, C02F1-48
【公開(kāi)號(hào)】CN104787839
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510181677
【發(fā)明人】殷立峰, 牛軍峰, 謝利利, 黃大弘, 代云容
【申請(qǐng)人】北京師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月17日