CN101851014B

CN101851014B - 序批式光催化反应装置

Info

Publication number: CN101851014B
Application number: CN2010101913150A
Authority: CN
Inventors: 夏淑梅; 刘继明; 刘广民; 陈兆波
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: CN101851014A

Abstract

本发明提供的是一种序批式光催化反应装置。包括反应区、分离区、清水槽以及污水槽；反应区包括外壳，位于外壳中部的斜板区和位于斜板区两侧的光源，斜板区由立板、斜板、挡板连接构成，最上层的斜板的上方设置布水器，布水器通过管路、控制阀、供水泵与污水箱相连，最下层的斜板的下方设置收水槽；分离区包括分离器，分离器由上面的积水杯以及底部的软磁体组成，分离器通过管路及阀门与收水槽相连，积水杯带有溢流管和放空管。本发明以序批方式运行；催化剂和污染污混合均匀，接触效果好；液体在装置斜板上流动时呈薄膜状，对直射光和反射光利用效果好；取样化验方便。可以方便地回收催化剂；催化剂负荷可以灵活调整；操作简单灵活。

Description

序批式光催化反应装置

技术领域

本发明涉及的是一种实验装置，具体地说是一种光催化反应装置。

背景技术

半导体光催化材料的研发是科研领域内的一大热点，目前国内外学者已经取得了很多骄人的成绩，制备出了对可见光利用效果很好的磁性光催化剂。但是，反应装置的研发、设计却较少，远远滞后于催化剂的研发速度，严重制约着优质催化剂的应用。

光催化反应装置是光催化反应的场所，对于装置的研究，国内外已经有的种类主要包括：1、流化床光催化反应器；2、液膜型光催化反应器；3、石英管式光催化反应器、4、平板式反应器等。期刊《应用化工》于2009年1月出版的第38卷第1期刊登了“实用型TiO₂光催化反应器的研究”，作者杨学灵、徐悦华二位总结了光催化反应装置的研究现状。

尤宏等研究人员人研制出了研制出三相内循环流化床光催化反应器。反应器由石英套管、紫外光源、三相升流区，降流区、曝气头组成。

尹晓红等研制的转筒式负载膜光催化反应器，其方法是将TiO₂负载在转筒内壁上，含有被降解物质的液体在旋转的反应壁上形成薄层液膜，增加了催化剂、反应物和光子之间的接触面。

Krysova等人设计出了平板式反应器，由两端带槽的有机玻璃制成，玻璃板上涂有TiO₂粒子膜，也就是说，催化剂是固定在有机玻璃板上的。玻璃板正上方悬有紫外光源，液体通过溢流在方形板表面形成液膜，与被激活的光催化剂TiO₂作用，达到降解的目的。

通过对诸多文献查询，未发现与本发明相似的反应装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种处理效果好，催化剂的回收利用方便，操作简单灵活的序批式光催化反应装置。

本发明的目的是这样实现的：

它包括位于上部的反应区、位于反应区下的分离区、位于分离区下的清水槽以及污水槽；所述反应区包括外壳，位于外壳中部的斜板区和位于斜板区两侧的光源，所述斜板区由立板、斜板、挡板连接构成，斜板的一端开有凹槽，挡板嵌装在斜板上的凹槽中，立板为对称安装的两块，两块立板相对的面上自上而下开有均匀分布的斜槽与竖槽，斜板和挡板分别嵌装在立板上的斜槽与竖槽中，最上层的斜板的上方设置布水器，布水器通过管路、控制阀、供水泵与污水箱相连，最下层的斜板的下方设置收水槽；所述分离区包括分离器，分离器由上面的积水杯以及底部的软磁体组成，分离器通过管路及阀门与收水槽相连，积水杯带有溢流管和放空管，软磁体由铁芯和线圈组成；溢流管连接清水槽。

本发明还可以包括：

1、所述斜板是平板，上表面平滑，下表面平滑且涂有反光漆，斜板与水平方向呈5-6度夹角。

2、所述光源为40W荧光灯管。

3、光源与反应区之间装有透光度好的透明薄板。

4、反应区正上方的外壳盖板开有多排孔。

本发明是利用粉末状磁性纳米光催化剂在可见光作用下对污染物降解的一种装置。其特点有：反应装置以序批方式运行；催化剂和污染污混合均匀，接触效果好；液体在装置斜板上流动时呈薄膜状，对直射光和反射光利用效果好；取样化验方便。配有分离器，可以方便地回收催化剂；催化剂负荷可以灵活调整；操作简单灵活。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是斜板及挡板的结构示意图；

图3是立板的结构示意图；

图4是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

图1中各标号的含义为：1-搅拌器；2-供水泵；3-流量调节阀；4-布水器；5-斜板；6-隔板；7-光源；8-挡板；9-收水槽；10-外壳；11-2号分离器；12-1号分离器进水阀；13-2号分离器进水阀；14-1号分离器排空阀；15-2号分离器排空阀；16-取样阀；17-1号分离器溢流阀；18-2号分离器溢流阀；19-1号分离器；20-支撑柱；21-清水箱排水阀；22-污水箱排水阀；23-清水箱；24-污水箱。

图2中各标号的含义为：5-斜板；8-挡板；31-凹槽。

图3中各标号的含义为：32-螺栓孔；33-纵向凹槽；34-斜向凹槽。

图4中各标号的含义为：7-光源；6-隔板；8-挡板；4-布水器；35-反光罩。

序批式光催化反应装置主要由18块斜板、19块挡板、4根可见光灯管、1根布水器、1个收水槽、2个分离器、1台搅拌器、1台水泵、1个污水箱、1个清水箱、2块隔板、4根支柱以及外壳组成。从整体上看，外形呈“L”型。

1、斜板3是厚度为2.0mm，长度为300.0mm，宽度为200.0mm的平板，上表面平滑，下表面平滑且涂有反光漆。装置垂直放置时，斜板与水平方向呈5°夹角。斜板上表面带有凹槽1，与板边缘平行间距为5mm。槽深度为0.5mm，宽度为2.0mm，刚好插入挡板2。如图2。

2、挡板2的高度为10.0mm，长度为200.0mm，厚度为2.0mm。其作用是阻挡从上一层斜板流下来的液膜，防止流到斜板区域之外。如图2。

3、每一块斜板的末端底部距离下一层斜板上表面的竖向高度为5.0mm。

4、立板分为A板和B板，二者完全对称。每块板的厚度为80mm，宽度为312mm，高度为570mm。一侧加工有与斜板、挡板配合的纵向凹槽2和斜向凹槽3。所有凹槽深度为2.0mm，宽度为2.0mm。斜向凹槽长度为300mm，斜向凹槽间距为65mm，纵向凹槽与板外沿的距离为5mm。两块立板对称安装，带凹槽的一面在里边，两板内表面距离为196mm。螺栓孔1用来穿螺栓，安装时连接收水槽、外壳连接。如图3。

5、斜板嵌入立板的斜向凹槽，挡板嵌入立板的纵向凹槽。斜板凹槽向上，挡板嵌入立板纵向凹槽的同时也嵌入斜板的凹槽。三者配合组装成为一个整体。

6、布水器4的出水孔直径为1.5mm，孔间距为2.0mm。布水器底端距离第一层斜板上表面的高度为3mm。如图4。

7、光源1采用40W荧光灯管，反应区的液膜都在可以接收到灯管直射来的光线。灯管外侧配有等长度反光罩5，其作用是将光线反射到斜板上的液膜表面，增大光照强度。如图4。

8、光源与反应区之间装有透光度很好的隔板2，用以防止水蒸气腐蚀光源器件。隔板和最近一侧挡板3的距离为20mm。如图4。

9、所涉及的排水管管径为Φ8，给水管管径为Φ8。各条管线上都配有相应的阀门。

10、收水槽置于最下层斜板的下面，槽四周高出该层斜板末端3mm。槽有效深度为30mm，宽度为200mm，长度为290mm。

11、分离器是固定在收水槽下底部的，由上面的成水杯以及底部的软磁体组成。成水杯内径为50mm，深100mm，其内底部呈锥形。带有溢流管和放空管。软磁体功率为5W，由铁芯和线圈组成，配有开关。

12、反应区正上方的外壳盖板开有多排孔，以供排水蒸气。

13、光源、隔板、立板、收水槽、分离器都与外壳连接固定成为一个整体，该整体经过4根支撑柱20与下面的水箱连接，柱子直径8mm，高度300mm。如图1。

14、清水箱23的尺寸：长×宽×深＝300mm×200mm×200mm，排水阀直径为DN15。箱顶带有100mm×100mm的盖。

15、污水箱24的尺寸：长×宽×深＝300mm×200mm×200mm，排水阀直径为DN15。箱顶带有100mm×100mm的盖。污水箱配有电动搅拌器。如图1。

反应装置上的1号分离器19和2号分离器11可以互为备用，交替运行。操作时，二者对应的产消磁方式、进水阀、溢流阀、排空阀的开关方式都相同。本说明中，1号运行，2号备用。见图1。

1、关闭阀门13、14、15、16、18、21、22，开启阀门3、12、17。给1号分离器供电。

2、按照特定比例，将一定量的催化剂粉末加入污水箱24中，启动搅拌器1，使催化剂和待降解的水混合均匀。

3、开启水泵2，混合液经过布水管4，均匀分配到斜板5上。用阀门3调节供水流量大小，使斜板上的水流呈均匀的液膜状。

4、液膜在斜板自上而下流动的过程中，吸收光源7传来的光线以及斜板5背面反射而来的光线，光催化剂开始起作用，不断地降解水中的污染物。水流在斜板上往复流动，光催化反应持续进行。

5、液体在斜板区往复流动后，流到收水槽10内，然后流经阀门12进入1号分离器。水中的磁性光催化剂在磁力作用下，停留在底部，与水分离。分离后的水在成水杯内不断上升，溢流出去后经过阀门17进入清水箱23。

6、分离器的原理相当于软磁铁，当供电后产生磁力，将水中的磁性催化剂吸到底部。收集到一定程度后，断开分离器的电源，使之消磁。打开阀门14，催化剂在水流作用下，经阀门14排出。1号分离器和2号分离器可以交替运行。

7、需要对处理后的水进行检测时，关闭阀门12和13，打开阀门16，将水注入接收容器即可。

Claims

1.一种序批式光催化反应装置，它包括位于上部的反应区、位于反应区下的分离区、位于分离区下的清水槽以及污水槽；其特征是：所述反应区包括外壳，位于外壳中部的斜板区和位于斜板区两侧的光源，所述斜板区由立板、斜板、挡板连接构成，斜板的一端开有凹槽，挡板嵌装在斜板上的凹槽中，立板为对称安装的两块，两块立板相对的面上自上而下开有均匀分布的斜槽与竖槽，斜板和挡板分别嵌装在立板上的斜槽与竖槽中，最上层的斜板的上方设置布水器，布水器通过管路、控制阀、供水泵与污水槽相连，最下层的斜板的下方设置收水槽；所述分离区包括分离器，分离器由上面的盛水杯以及底部的软磁体组成，分离器通过管路及阀门与收水槽相连，盛水杯带有溢流管和放空管，软磁体由铁芯和线圈组成；溢流管连接清水槽。

2.根据权利要求1所述的序批式光催化反应装置，其特征是：所述斜板是平板，上表面平滑，下表面平滑且涂有反光漆，斜板与水平方向呈5-6度夹角。

3.根据权利要求1或2所述的序批式光催化反应装置，其特征是：所述光源为40W荧光灯管。

4.根据权利要求1或2所述的序批式光催化反应装置，其特征是：光源与反应区之间装有透光度好的透明薄板。

5.根据权利要求3所述的序批式光催化反应装置，其特征是：光源与反应区之间装有透光度好的透明薄板。

6.根据权利要求1或2所述的序批式光催化反应装置，其特征是：反应区正上方的外壳盖板开有多排孔。

7.根据权利要求3所述的序批式光催化反应装置，其特征是：反应区正上方的外壳盖板开有多排孔。

8.根据权利要求4所述的序批式光催化反应装置，其特征是：反应区正上方的外壳盖板开有多排孔。

9.根据权利要求5所述的序批式光催化反应装置，其特征是：反应区正上方的外壳盖板开有多排孔。