CN101811750B - 一种磁助-光解复合水净化装置及应用 - Google Patents

一种磁助-光解复合水净化装置及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁助-光解复合水净化装置,由电源线、紫外消毒灯、水容器、出水管、具孔塞子、玻璃导管和磁铁块组成。紫外消毒灯通过电源线与外接电源连接,蛇形玻璃导管和出水管一同被固定在具孔塞子中,紫外灯插入蛇形玻璃导管的中空部,具孔塞子插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器中,磁铁块按照每行三个,共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器外壁上。本发明是利用紫外消毒,光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应,使水体得到净化,可以快速,高效地净化被轻度污染的水,具有降解效果明显、无二次污染、能耗和原材料消耗低的优点,可在水净化处理中应用。

Description

一种磁助-光解复合水净化装置及应用
技术领域
[0001] 本发明涉及一种磁助-光解复合水净化装置,特别是涉及一种有效去除轻度污染水体中细菌、病毒和有机物的水净化装置。
背景技术
[0002] 由于多种原因,我国存在大量轻度污染的水,其中含有的细菌,病毒和微量有机化合物,对人、畜的健康损害很大,所以通常这些水不能直接被利用。目前常用的水处理方法有:沉淀物过滤法、活性炭吸附法、逆渗透法、超过滤法、紫外线消毒法、臭氧杀菌等。这些方法都有其自身局限性,要么是净化效果不理想;要么是处理成本高,不利于市场推广。市场上的饮水机只依靠过滤方式对水净化,其效果与水温高低,水质好坏等有一定的关系,时间长了要频繁更换是它在饮水机上应用的局限性。
[0003] 近年来用纳米二氧化钛(TiO2)等半导体光催化降解水中的污染物,被认为是最有前途、最有效的处理方法之一。其机理是:半导体粒子含有的能带结构和具有连续电子态的金属不同,通常情况下是由一个充满电子的低能价带(valence band, VB)和一个空的高能导带(conduction band,CB)构成,价带和导带之间由禁带分开。当用能量大于或等于禁带宽度(也称带隙,TiO2的带隙为3. 2eV)的光照射半导体时,其价带上的电子(e_)被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上产生相应的空穴OO,形成光生电子-空穴对,其光生电子具有很强的还原作用,而空穴具有强氧化作用。
[0004] 悬浮在水中的半导体颗粒,在光作用下,出现电子-空穴对,并与半导体表面的水溶液发生光催化氧化反应,使水分子失去电子,生成氧化能力很强的^OH自由基,^OH能氧化大多数有机污染物及部分无机污染物,并能将污染物最终氧化成CO2和H2O。
[0005] 目前,用Ti02光催化剂处理废水主要有悬浮法和固定法,悬浮法是将TiO2光催化剂悬浮于有机废水中,这种方法催化活性较高,但由于催化剂颗粒细小,难以回收,难于重复使用,且易造成二次污染;固定法是将纳米TiO2负载于一定的载体上,常用的载体如石英砂、空心玻璃珠、耐火砖、活性炭、硅胶、沸石等,固定法的优点可重复使用,但光催化活性低。
[0006] 国内外学者虽然围绕二氧化钛(TiO2)的光催化性能及其影响因素等方面进行了大量的实验研究,并获得了很大的进展,但二氧化钛(TiO2)光催化实用化的水平仍很低。提高降解效率是光催化工艺能否得到实际应用的关键。
发明内容
[0007] 本发明目的是通过改善纳米二氧化钛(TiO2)膜的光催化性能,同时利用紫外消毒,光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应,提供一种磁助-光解复合水净化装置。该装置由电源线、带石英玻璃保护套的紫外消毒灯、镀有纳米二氧化钛(TiO2)膜的圆柱形水容器、出水管、具孔塞子、镀有纳米二氧化钛膜的蛇形玻璃导管和磁铁块组成,紫外消毒灯通过电源线与外接电源连接,蛇形玻璃导管和出水管一同被固定在具孔塞子中,紫外消毒灯插入蛇形玻璃导管的中空部,具孔塞子插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器中,磁铁块按照每行三个,共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器外壁。
[0008] 本发明的另一个目的是提供该净化装置在水净化处理中应用。
[0009] 本发明一种磁助-光解复合水净化装置的原理是利用紫外消毒,光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应,使水体得到净化。
[0010] 本发明的创新点是通过磁场作用来提高纳米TiO2膜光催化性能,使之满足实用要求;利用紫外消毒,光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应,使水体净化更彻底。
[0011] 实施本发明可以快速,高效地净化被轻度污染的水,具有降解效果明显、无二次污染、能耗和原材料消耗低的优点,具有广阔的市场空间和经济价值。
附图说明
[0012] 图I为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0013] 本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
[0014] 实施例I
[0015] 本发明的磁助-光解复合水净化装置由电源线I、带石英玻璃保护套的紫外消毒灯2、镀有纳米二氧化钛(TiO2)膜的圆柱形水容器3、出水管4、具孔塞子5、镀有纳米二氧化钛膜的蛇形玻璃导管6和磁铁块7组成,紫外消毒灯2通过电源线I与外接电源连接,蛇形玻璃导管6和出水管4 一同被固定在具孔塞子5中,紫外灯2插入蛇形玻璃导管6的中空部,具孔塞子5插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3中,磁铁块7按照每行三个,共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3外壁。
[0016] 其中镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3,选用长度为21cm,内径为34mm,厚度为2_的玻璃试管,采用溶胶-凝胶在其内壁镀上纳米二氧化钛膜制作而成;带有石英保护套的紫外灯2选用雪莱特ZW10D15Y(W)-Z212型单端,直管,功率IOW的水处理专用套件(配有专用整流器和外接电源线I);蛇形玻璃导管6选用外径为5_,管壁厚0. 5mm的普通玻璃管制作而成,其内径约为22mm,外径约为32mm,螺旋部分长度为18cm,上端留有6cm延伸段(插入具孔塞子5的小孔中);磁铁块7选用规格为40 X 20 X 5mm钕铁硼磁铁12块;具孔塞子5选用8号橡皮塞子在中部打一个直径为2cm的大孔,边缘分别打两个直径为4mm的小孔。出水管4选用外径为5mm,管壁厚0. 5mm长度8cm的90°玻璃弯管。
[0017] 纳米二氧化钛制作方法采用溶胶-凝胶法,试剂为分析纯钛酸丁酯,分析纯乙酰丙酮,分析纯无水乙醇,分析纯硝酸和无离子水。将189ml钛酸丁酯,28. 5ml乙酰丙酮和290ml无水乙醇混合配制成A液,将290ml无水乙醇,20ml无离子水,5ml硝酸混合配制成B液,然后将B液缓慢滴加到A液中,即可配制成凝胶液。室温下避光保存陈化24h。
[0018] 将水容器3和蛇形玻璃导管6洗净后,在10%的NaOH溶液中浸泡15min,随后在10% HCl溶液中浸泡15min无离子水冲洗干净后,105°C烘干备用。将水容器3和蛇形玻璃导管6浸入凝胶液中15min,然后以lmm/s速度缓慢抽提,室温下自然干燥15min后,于105°C烘干30min,以上操作重复5次。最后于马弗炉中焙烧,从室温(30°C )以3°C /min的速度加热至550°C,恒温焙烧lh,然后关闭马弗炉,当温度自然降低到室温后,打开马弗炉取出。
[0019] 装置的组装程序为:先将带有石英保护套的紫外灯2、镀有纳米二氧化钛膜的蛇形玻璃导管6和出水管4固定在具孔塞子5中,其中有石英保护套的紫外灯2插入蛇形玻璃导管6中空部,随后将具孔塞子5插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3中,并固定,磁铁块7按照每行三个,共四行有序地用万能胶固定在圆柱形玻璃水容器3外壁,最后将电源线I与带有石英保护套的紫外灯2相连,即完成装置的制作和组装。
[0020] 实施例2
[0021] 苯酚及其衍生物是污染水体中常见的一类高毒性和难降解有机物。将lmg/L苯酚溶液加入实施例I的装置中,静置处理20min后,测得苯酚的清除率达到100%。若水样处于流动状态,当通过装置的流速彡(容器的总容积+20)/min时,测得的苯酚的清除率达到100%。
[0022] 注:1,挥发酚的检测采用4-氨基安替比林直接光度法(GB7490-87)。
[0023] 2,苯酚去除率的计算:分别测样本和净化水的光吸收值,记作Al和A2,则:
[0024]苯酚光解率=(A1-A2)/AlXlOO %
[0025] 实施例3
[0026] 偶氮类化合物结构复杂,具有强烈的生物毒性。将lmg/L氨基黑IOB溶液加入实施例I的装置,静置处理20min后,测得氨基黑IO-B的脱色率达到100%。若水样处于流动状态,当通过装置的流速彡(容器的总容积+20)/min时,测得的氨基黑IOB的脱色率达到100%。
[0027] 注:1,染料氨基黑IOB浓度的测定,采用UV-1600紫外可见分光光度计测定溶液在618nm处的吸光度计算氨基黑IOB溶液浓度变化。
[0028] 2,氨基黑IOB脱色率的计算:分别测样本和净化水在618nm处的光吸收值,记作Al和A2,则:
[0029]氨基黑 IOB 脱色率=(A1-A2)/AlXlOO %
[0030] 实施例4
[0031] 取杭州某酶制剂生产工厂的生产废水作为水样,测得废水浓度(mg/L)C0D„S
4. 632,细菌总数4. 92X IO7个/ml。将水样加入实施例I的装置,静置处理20min,然后让水样以彡(容器的总容积+20)/min的流速通过装置,净化后的水中CODra为2. 613,COD清除率为43. 6%,细菌总数为72个/ml。

Claims (3)

1. 一种磁助-光解复合水净化装置,其特征在于,该装置由电源线(I)、带石英玻璃保护套的紫外消毒灯(2)、圆柱形水容器(3)、出水管(4)、具孔塞子(5)、蛇形玻璃导管(6)和磁铁块(7)组成,紫外消毒灯(2)通过电源线(I)与外接电源连接,蛇形玻璃导管(6)和出水管(4) 一同被固定在具孔塞子(5)中,紫外消毒灯(2)插入蛇形玻璃导管¢)的中空部,具孔塞子(5)插入圆柱形水容器(3)中,磁铁块(7)固定在圆柱形水容器(3)外壁,圆柱形水容器(3)和蛇形玻璃导管(6)均镀有纳米二氧化钛膜。
2.根据权利要求I所述的一种磁助-光解复合水净化装置,其特征在于,磁铁块(7)按照每行三个,共四行有序地固定在圆柱形水容器(3)外壁。
3.权利要求I所述的一种磁助-光解复合水净化装置在水净化处理中的应用。
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