CN102060349A - 一种垂直连续光催化反应装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直连续光催化反应装置，所述反应装置为圆柱体结构，体壁为玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，仅在底部一侧留有出水口，管上部设有玻璃外管套帽，套帽直径近边的1/6-1/4处设有进水口，套帽的几何中心处设有紫外灯电源线出口；装置内部由内置光催化光源、石英玻璃内套管和多孔漏斗构成。本发明装置具有可简单拆卸和搭建，实用性强，高效连续光催化的特点，并实现了连续光催化，达到了高效连续光催化降解有机物的效果。

Description

一种垂直连续光催化反应装置及其应用
技术领域
该发明涉及一种光催化反应装置及其应用，尤其涉及一种可用于垂直连续光催化降解液相或气相有机物污染物的装置及其应用。
背景技术
半导体光催化剂用于光催化降解液相或气相有机物污染物的研究早在上世纪80年代就引起了研究人员的广泛关注，随着研究的深入，在小环境污染处理方面得到了一定的应用。现在使用的光催化剂大多是颗粒粉末，一方面使用后回收困难，易造成环境的二次污染；另一方面它是间断式光催化反应，催化剂的回收会增加仪器设备和生产成本。
目前连续光催化大多采用将催化剂负载于薄膜，纤维等基体上，这些方法大多存在，如催化剂活性面减少，催化剂容易脱落等问题。对于直接应用一维催化剂纤维作为多孔基体来用于过滤和光催化降解有机污染物还未见报道。
发明内容
针对现有催化剂回收困难，间歇式反应和催化剂负载技术的不足等问题，本发明要解决的是提供一种垂直连续光催化反应装置及其在催化降解液相或气相有机物污染物中的应用。
本发明所述的垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述反应装置为圆柱体结构，体壁为玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，仅在底部一侧留有出水口，管上部设有玻璃外管套帽，套帽直径近边的1/6-1/4处设有进水口，套帽的几何中心处设有紫外灯电源线出口；装置内部由内置光催化光源、石英玻璃内套管和多孔漏斗构成，其中所述内置光催化光源为U型紫外灯，长度与玻璃外套管高度等长，垂直置于圆柱体装置中心处，光源接线端位于装置顶端，电源线由电源线出口引出，所述石英玻璃内套管套于内置光催化光源外并与玻璃外套管高度等长，所述多孔漏斗垂直均匀地排列于玻璃外套管内，且漏斗的下边缘与石英玻璃内套管紧密连接，漏斗的上边缘与玻璃外套管紧密连接，漏斗间排列的距离间隔不少于1厘米。
上述垂直连续光催化反应装置中，所述内置光催化光源优选采用36W的U型紫外灯；根据具体情况，还可替换为不同功率，不同规格的紫外灯或可见光灯。
上述垂直连续光催化反应装置中，所述多孔漏斗优选多孔玻璃漏斗、多孔陶瓷漏斗或多孔木质陶瓷漏斗。
上述垂直连续光催化反应装置中，所述多孔漏斗优先采用1-10个(节)垂直均匀地排列于玻璃外套管内。
上述垂直连续光催化反应装置中，所述多孔漏斗内壁与石英内套管夹角优选为30度。
上述垂直连续光催化反应装置，所述多孔漏斗的数量、大小，孔直径和数量，以及夹角可根据实际具体要求改变。
上述垂直连续光催化反应装置，所述多孔漏斗优先选用二氧化钛基催化滤纸、氧化锌基催化滤纸或氧化铁基催化滤纸作为催化剂基滤纸；其中，最优选用二氧化钛基催化滤纸。
本发明所述垂直连续光催化反应装置在污水处理中的应用。
利用上述垂直连续光催化装置，以常见的液相污染物——浓度为10-60mg/L的甲基橙为处理物实施处理。
光催化降解条件：以20-60W的紫外灯为紫外光源，采用1-10个垂直均匀地排列于玻璃外套管内的多孔玻璃漏斗，漏斗壁与内石英内套管的夹角为30度，漏斗间排列的距离间隔为2厘米。以基于二氧化钛纳米带的纳米纸为光催化剂，所述二氧化钛纳米纸附着于多孔漏斗内壁。
如甲基橙浓度为20mg/L，以20mL/分钟流速通过多节附有二氧化钛滤纸的多孔漏斗，检测流出溶液的甲基橙浓度，结果：本发明所述垂直连续光催化反应装置的降解率为100％。
本发明是一种高效的垂直连续光催化装置，采用催化剂基滤纸，进行连续光催化反应，解决了催化剂回收问题，同时还可进行污水过滤处理。
附图说明
图1连续光催化装置整体图
其中，1.光催化光源，2.石英玻璃内套管，3.多孔漏斗，4.催化剂基滤纸，5.玻璃外套管，6.玻璃外套帽，7.进水口，8.出水口，9.电源线。
图2连续光催化装置工作图。
图3降解甲基橙溶液效果图。
图4降解甲基蓝溶液效果图。
具体实施方式
实施例1
本发明所述垂直连续光催化反应装置以图1所示。
所述反应装置为圆柱体结构，体壁为玻璃外套管5，玻璃外套管下端密封，仅在底部一侧留有出水口8，管上部设有玻璃外管套帽6，套帽直径近边的1/5处设有进水口7，套帽的几何中心处设有紫外灯电源线出口；装置内部由内置光催化光源1、石英玻璃内套管2和多孔漏斗3构成，其中所述内置光催化光源为20-60W的U型紫外灯，长度与玻璃外套管高度等长，垂直置于圆柱体装置中心处，光源接线端位于装置顶端，电源线9由电源线出口引出，所述石英玻璃内套管套于内置光催化光源外并与玻璃外套管高度等长，所述多孔漏斗为5个垂直均匀地排列于玻璃外套管内，且漏斗的下边缘与石英玻璃内套管紧密连接，漏斗的上边缘与玻璃外套管紧密连接，漏斗间排列的距离间隔为2厘米。
上述垂直连续光催化反应装置中，所述多孔漏斗选多孔玻璃漏斗。
上述垂直连续光催化反应装置，所述多孔漏斗催化剂基滤纸4选用二氧化钛基催化滤纸，二氧化钛基催化滤纸贴于多孔漏斗内壁，同时横流泵接于进水口控制污水进入速度在20-60ml/分钟。
上述二氧化钛基滤纸的制备过程参考相应专利(一种二氧化钛纳米纸及其制备方法，专利号：200710017081.6)。
实施例2
以实施例1所述装置为实验装置，以浓度为20mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过5节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为100％，如图3所示。
实施例3
以实施例1所述装置为实验装置，以浓度为40mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过5节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为100％。
实施例4
以实施例1所述装置为实验装置，以浓度为20mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通20W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过5节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为100％。
实施例5
以实施例1所述装置为实验装置，以浓度为30mg/L甲基蓝水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过5节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基蓝溶液的降解率为100％，如图4所示。
实施例6
以实施例1所述装置为实验装置，以浓度为20mg/L罗丹妮B水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过5节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。罗丹妮B溶液的降解率为100％。
实施例7
以实施例1所述装置为基础，改变多孔漏斗节数(设为2节)进行连续光催化实验。以浓度为20mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过2节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为64.5％。
实施例8
以实施例1所述装置为基础，改变多孔漏斗节数(设为3节)进行连续光催化实验。以浓度为20mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过3节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为94.3％。
实施例9
以实施例1所述装置为基础，改变多孔漏斗节数(设为4节)进行连续光催化实验。以浓度为20mg/L甲基橙水溶液通过横流泵，由进水口以20ml/分钟速度流入。接通36W紫外灯电源，紫外光透过石英内套管，照射到二氧化钛基滤纸上，与流过的待处理液进行光催化降解反应。通过4节附有二氧化钛基滤纸的多孔漏斗，最终的处理液由出水口流出。甲基橙溶液的降解率为100％。

Claims (7)

1.一种垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述反应装置为圆柱体结构，体壁为玻璃外套管，玻璃外套管下端密封，仅在底部一侧留有出水口，管上部设有玻璃外管套帽，套帽直径近边的1/6-1/4处设有进水口，套帽的几何中心处设有紫外灯电源线出口；装置内部由内置光催化光源、石英玻璃内套管和多孔漏斗构成，其中所述内置光催化光源为U型紫外灯，长度与玻璃外套管高度等长，垂直置于圆柱体装置中心处，光源接线端位于装置顶端，电源线由电源线出口引出，所述石英玻璃内套管套于内置光催化光源外并与玻璃外套管高度等长，所述多孔漏斗垂直均匀地排列于玻璃外套管内，且漏斗的下边缘与石英玻璃内套管紧密连接，漏斗的上边缘与玻璃外套管紧密连接，漏斗间排列的距离间隔不少于1厘米。
2.如权利要求1所述的垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述内置光催化光源采用36W的U型紫外灯。
3.如权利要求1所述的垂直连续光催化反应装置，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质陶瓷漏斗。
4.如权利要求1所述的垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述多孔漏斗采用1-10个垂直均匀地排列于玻璃外套管内。
5.如权利要求1所述的垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述多孔漏斗内壁与石英内套管夹角为30度。
6.如权利要求1所述的垂直连续光催化反应装置，其特征在于，所述多孔漏斗选用二氧化钛基催化滤纸、氧化锌基催化滤纸或氧化铁基催化滤纸作为催化剂基滤纸。
7.权利要求1所述垂直连续光催化反应装置在污水处理中的应用。
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