專利名稱：一種垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種光催化反應(yīng)裝置及其應(yīng)用，尤其涉及一種可用于垂直連續(xù)光催化 降解液相或氣相有機(jī)物污染物的裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體光催化劑用于光催化降解液相或氣相有機(jī)物污染物的研究早在上世紀(jì)80 年代就引起了研究人員的廣泛關(guān)注，隨著研究的深入，在小環(huán)境污染處理方面得到了一定 的應(yīng)用。現(xiàn)在使用的光催化劑大多是顆粒粉末，一方面使用后回收困難，易造成環(huán)境的二次 污染；另一方面它是間斷式光催化反應(yīng)，催化劑的回收會(huì)增加儀器設(shè)備和生產(chǎn)成本。目前連續(xù)光催化大多采用將催化劑負(fù)載于薄膜，纖維等基體上，這些方法大多存 在，如催化劑活性面減少，催化劑容易脫落等問題。對(duì)于直接應(yīng)用一維催化劑纖維作為多孔 基體來用于過濾和光催化降解有機(jī)污染物還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有催化劑回收困難，間歇式反應(yīng)和催化劑負(fù)載技術(shù)的不足等問題，本發(fā)明 要解決的是提供一種垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置及其在催化降解液相或氣相有機(jī)物污染物 中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)裝置為圓柱體結(jié) 構(gòu)，體壁為玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側(cè)留有出水口，管上部設(shè)有玻璃 外管套帽，套帽直徑近邊的1/6-1/4處設(shè)有進(jìn)水口，套帽的幾何中心處設(shè)有紫外燈電源線 出口 ；裝置內(nèi)部由內(nèi)置光催化光源、石英玻璃內(nèi)套管和多孔漏斗構(gòu)成，其中所述內(nèi)置光催化 光源為U型紫外燈，長(zhǎng)度與玻璃外套管高度等長(zhǎng)，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端 位于裝置頂端，電源線由電源線出口引出，所述石英玻璃內(nèi)套管套于內(nèi)置光催化光源外并 與玻璃外套管高度等長(zhǎng)，所述多孔漏斗垂直均勻地排列于玻璃外套管內(nèi)，且漏斗的下邊緣 與石英玻璃內(nèi)套管緊密連接，漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間 隔不少于1厘米。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置中，所述內(nèi)置光催化光源優(yōu)選采用36W的U型紫外 燈；根據(jù)具體情況，還可替換為不同功率，不同規(guī)格的紫外燈或可見光燈。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置中，所述多孔漏斗優(yōu)選多孔玻璃漏斗、多孔陶瓷漏 斗或多孔木質(zhì)陶瓷漏斗。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置中，所述多孔漏斗優(yōu)先采用1-10個(gè)(節(jié))垂直均勻 地排列于玻璃外套管內(nèi)。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置中，所述多孔漏斗內(nèi)壁與石英內(nèi)套管夾角優(yōu)選為30度。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，所述多孔漏斗的數(shù)量、大小，孔直徑和數(shù)量，以及 夾角可根據(jù)實(shí)際具體要求改變。
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上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，所述多孔漏斗優(yōu)先選用二氧化鈦基催化濾紙、氧 化鋅基催化濾紙或氧化鐵基催化濾紙作為催化劑基濾紙；其中，最優(yōu)選用二氧化鈦基催化
濾紙O本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置在污水處理中的應(yīng)用。利用上述垂直連續(xù)光催化裝置，以常見的液相污染物——濃度為10-60mg/L的甲 基橙為處理物實(shí)施處理。光催化降解條件以20-60W的紫外燈為紫外光源，采用1-10個(gè)垂直均勻地排列于 玻璃外套管內(nèi)的多孔玻璃漏斗，漏斗壁與內(nèi)石英內(nèi)套管的夾角為30度，漏斗間排列的距離 間隔為2厘米。以基于二氧化鈦納米帶的納米紙為光催化劑，所述二氧化鈦納米紙附著于 多孔漏斗內(nèi)壁。如甲基橙濃度為20mg/L，以20mL/分鐘流速通過多節(jié)附有二氧化鈦濾紙的多孔 漏斗，檢測(cè)流出溶液的甲基橙濃度，結(jié)果本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置的降解率為 100%。本發(fā)明是一種高效的垂直連續(xù)光催化裝置，采用催化劑基濾紙，進(jìn)行連續(xù)光催化 反應(yīng)，解決了催化劑回收問題，同時(shí)還可進(jìn)行污水過濾處理。


圖1連續(xù)光催化裝置整體圖其中，1.光催化光源，2.石英玻璃內(nèi)套管，3.多孔漏斗，4.催化劑基濾紙，5.玻璃 外套管，6.玻璃外套帽，7.進(jìn)水口，8.出水口，9.電源線。圖2連續(xù)光催化裝置工作圖。圖3降解甲基橙溶液效果圖。圖4降解甲基藍(lán)溶液效果圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明所述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置以圖1所示。所述反應(yīng)裝置為圓柱體結(jié)構(gòu)，體壁為玻璃外套管5，玻璃外套管下端密封，僅在底 部一側(cè)留有出水口 8，管上部設(shè)有玻璃外管套帽6，套帽直徑近邊的1/5處設(shè)有進(jìn)水口 7，套 帽的幾何中心處設(shè)有紫外燈電源線出口 ；裝置內(nèi)部由內(nèi)置光催化光源1、石英玻璃內(nèi)套管2 和多孔漏斗3構(gòu)成，其中所述內(nèi)置光催化光源為20-60W的U型紫外燈，長(zhǎng)度與玻璃外套管 高度等長(zhǎng)，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端位于裝置頂端，電源線9由電源線出口 引出，所述石英玻璃內(nèi)套管套于內(nèi)置光催化光源外并與玻璃外套管高度等長(zhǎng)，所述多孔漏 斗為5個(gè)垂直均勻地排列于玻璃外套管內(nèi)，且漏斗的下邊緣與石英玻璃內(nèi)套管緊密連接， 漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間隔為2厘米。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置中，所述多孔漏斗選多孔玻璃漏斗。上述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，所述多孔漏斗催化劑基濾紙4選用二氧化鈦基催 化濾紙，二氧化鈦基催化濾紙貼于多孔漏斗內(nèi)壁，同時(shí)橫流泵接于進(jìn)水口控制污水進(jìn)入速 度在20-60ml/分鐘。
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上述二氧化鈦基濾紙的制備過程參考相應(yīng)專利(一種二氧化鈦納米紙及其制備 方法,專利號(hào):200710017081. 6)。實(shí)施例2以實(shí)施例1所述裝置為實(shí)驗(yàn)裝置，以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%，如圖3所示。實(shí)施例3以實(shí)施例1所述裝置為實(shí)驗(yàn)裝置，以濃度為40mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%。實(shí)施例4以實(shí)施例1所述裝置為實(shí)驗(yàn)裝置，以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由 進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通20W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率為100%。實(shí)施例5以實(shí)施例1所述裝置為實(shí)驗(yàn)裝置，以濃度為30mg/L甲基藍(lán)水溶液通過橫流泵，由 進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧 化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的 多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。甲基藍(lán)溶液的降解率為100%，如圖4所示。實(shí)施例6以實(shí)施例1所述裝置為實(shí)驗(yàn)裝置，以濃度為20mg/L羅丹妮B水溶液通過橫流泵， 由進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二 氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn)行光催化降解反應(yīng)。通過5節(jié)附有二氧化鈦基濾紙 的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流出。羅丹妮B溶液的降解率為100%。實(shí)施例7以實(shí)施例1所述裝置為基礎(chǔ)，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設(shè)為2節(jié))進(jìn)行連續(xù)光催化實(shí) 驗(yàn)。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn) 行光催化降解反應(yīng)。通過2節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為64.5%。實(shí)施例8以實(shí)施例1所述裝置為基礎(chǔ)，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設(shè)為3節(jié))進(jìn)行連續(xù)光催化實(shí) 驗(yàn)。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn) 行光催化降解反應(yīng)。通過3節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為94.3%。
實(shí)施例9以實(shí)施例1所述裝置為基礎(chǔ)，改變多孔漏斗節(jié)數(shù)(設(shè)為4節(jié))進(jìn)行連續(xù)光催化實(shí) 驗(yàn)。以濃度為20mg/L甲基橙水溶液通過橫流泵，由進(jìn)水口以20ml/分鐘速度流入。接通 36W紫外燈電源，紫外光透過石英內(nèi)套管，照射到二氧化鈦基濾紙上，與流過的待處理液進(jìn) 行光催化降解反應(yīng)。通過4節(jié)附有二氧化鈦基濾紙的多孔漏斗，最終的處理液由出水口流 出。甲基橙溶液的降解率為100%。
權(quán)利要求
1.一種垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)裝置為圓柱體結(jié)構(gòu)，體壁為玻 璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側(cè)留有出水口，管上部設(shè)有玻璃外管套帽，套 帽直徑近邊的1/6-1/4處設(shè)有進(jìn)水口，套帽的幾何中心處設(shè)有紫外燈電源線出口 ；裝置內(nèi) 部由內(nèi)置光催化光源、石英玻璃內(nèi)套管和多孔漏斗構(gòu)成，其中所述內(nèi)置光催化光源為U型 紫外燈，長(zhǎng)度與玻璃外套管高度等長(zhǎng)，垂直置于圓柱體裝置中心處，光源接線端位于裝置頂 端，電源線由電源線出口引出，所述石英玻璃內(nèi)套管套于內(nèi)置光催化光源外并與玻璃外套 管高度等長(zhǎng)，所述多孔漏斗垂直均勻地排列于玻璃外套管內(nèi)，且漏斗的下邊緣與石英玻璃 內(nèi)套管緊密連接，漏斗的上邊緣與玻璃外套管緊密連接，漏斗間排列的距離間隔不少于1 厘米。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述內(nèi)置光催化光源 采用36W的U型紫外燈。
3.如權(quán)利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述多孔漏斗是多孔 玻璃漏斗、多孔陶瓷漏斗或多孔木質(zhì)陶瓷漏斗。
4.如權(quán)利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述多孔漏斗采用 1-10個(gè)垂直均勻地排列于玻璃外套管內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述多孔漏斗內(nèi)壁與 石英內(nèi)套管夾角為30度。
6.如權(quán)利要求1所述的垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，其特征在于，所述多孔漏斗選用二 氧化鈦基催化濾紙、氧化鋅基催化濾紙或氧化鐵基催化濾紙作為催化劑基濾紙。
7.權(quán)利要求1所述垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置在污水處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直連續(xù)光催化反應(yīng)裝置，所述反應(yīng)裝置為圓柱體結(jié)構(gòu)，體壁為玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，僅在底部一側(cè)留有出水口，管上部設(shè)有玻璃外管套帽，套帽直徑近邊的1/6-1/4處設(shè)有進(jìn)水口，套帽的幾何中心處設(shè)有紫外燈電源線出口；裝置內(nèi)部由內(nèi)置光催化光源、石英玻璃內(nèi)套管和多孔漏斗構(gòu)成。本發(fā)明裝置具有可簡(jiǎn)單拆卸和搭建，實(shí)用性強(qiáng)，高效連續(xù)光催化的特點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)光催化，達(dá)到了高效連續(xù)光催化降解有機(jī)物的效果。
文檔編號(hào)B01D53/86GK102060349SQ20101052571
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者劉宏, 周偉家, 堵國(guó)君, 李建華, 王繼揚(yáng), 胡培廣 申請(qǐng)人:山東大學(xué)