CN102730786A - 一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器 - Google Patents

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任学昌
张国珍
于学华
武福平
王雪娇
马学琴
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本发明涉及一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，包括原水水箱、出水水箱和反应器。所述反应器呈平板式，其内设有反应槽，其底部设有底座，其一侧设有进水口，另一侧设有出水口；所述反应槽的一面设有透光面板，其底部背面设有挂钩孔和卡位点，其内设有数个交错排列的折流挡板构成的折流水道；所述折流水道内设有TiO2/土工布负载型光催化剂，其上部与大气相通且设有放空导流槽；所述原水水箱与所述进水口相连；所述出水水箱与所述出水口相连。本发明结构简单、造价低廉、操作简单、维护方便，适用于农村地区的分户式饮用水以及西北农村集雨水和微污染水的处理。

Description

一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器
技术领域
本发明涉及一种净水器，尤其涉及一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器。
背景技术
在紫外光的照射下，TiO2体系可以催化氧化水中有机物、还原高价态重金属以及杀灭水中的微生物。由于其优异的光催化性能，二氧化钛光催化法用于水处理的研究已经引起了国内外学者的广泛关注，国内外已有众多相关研究，也产生了不少相关专利。但由于TiO2只能吸收波长小于387.5nm的紫外光而发生光催化作用，而大多研究者开发的专利产品多利用人工光源作为催化激发光源，这不可避免地出现了处理成本过高的问题。
西北是我国水资源最为短缺的地区，平均降水量约为246mm/年，不足全国平均水平的1/3，而且年际分布很不均衡，多集中在7～9月并以暴雨出现。目前，西北干旱山区的人畜饮水问题，多采用雨水收集技术系统，使雨水汇集流入水窖，通过简单沉淀后进行饮用。通过对不同地点的窖水进行水质分析，偏远山区土窖及普通庭院窖水中被测物质的含量基本符合饮用水标准，但在枯水季节，由于窖水水位接近底泥层，浊度、残渣等参数明显偏大，而且可能由于水中悬浮物的吸附作用也致使一些重金属如铅、铬等以及总磷、COD的含量偏高，甚至远远超出国家标准。
西北处于高纬度地区，光照时间长，辐射能量高，紫外光照射强烈，有利于太阳能的有效利用。缺水地区的人均日用水量一般较低，水窖工程建设以家户为单元，适宜于分户式的水处理方式。
由此可见，利用太阳能对集雨水进行深度净化，研制一款分户式的太阳能光催化集雨水净水器，对西北农村地区的安全饮用水将至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种造价低廉、操作简单、维护方便的平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器。
为解决上述问题，本发明所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，包括原水水箱、出水水箱和反应器；其特征在于：所述反应器呈平板式，其内设有反应槽，其底部设有底座，其一侧设有进水口，另一侧设有出水口；所述反应槽的一面设有透光面板，其底部背面设有挂钩孔和卡位点，其内设有数个交错排列的折流挡板构成的折流水道；所述折流水道内设有TiO2/土工布负载型光催化剂，其上部与大气相通且设有放空导流槽；所述原水水箱与所述进水口相连；所述出水水箱与所述出水口相连。
所述底座包括三角架底座、转筒和转轴；所述三角架底座上设有所述转筒，该转筒的中部设有所述转轴，其顶部设有角钢条，该角钢条与所述卡位点相接触；所述转轴的顶部设有横向挂架，该挂架上设有钢筋挂钩；所述钢筋挂钩与所述挂钩孔相连。
所述反应槽的底部呈条格状结构。
所述折流挡板中的单数挡板与所述反应槽的底边设有空隙，其双数挡板与所述反应槽的底边相接且其顶端与所述单数挡板的顶端相距1～2cm。
所述原水水箱通过设有控制阀的管道与所述进水口相连，该进水口设有流量计。
所述出水水箱通过管道与所述出水口相连。
所述挂钩孔和所述卡位点均为数个。
所述TiO2/土工布负载型光催化剂是按下述方法制得：首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为6～12；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌30～180分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，5～30分钟后，密闭加热至30～95℃，并保温6～36h；最后取出土工布，在通风处放置3～7天，经洗涤后即得；其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶30～151∶1～12。
所述透光面板为亚克力板材。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、由于本发明中设有TiO2/土工布负载型光催化剂，因此，不但光催化性能良好，在太阳光下能快速氧化有机污染物、还原高价态重金属以及杀灭水中微生物，而且可以充分利用太阳光进行污染物的光催化处理，从而达到节能环保的目的。
2、由于本发明中的折流水道上部均与大气相通，因此，不但可以使氧气溶解于水体，而且也方便取样监测水质，同时还有利于冬季抬高放空，从而避免反应器冻伤的现象出现。
3、由于本发明中的底座设有转轴，因此，可使反应器底座进行360°旋转。
4、由于本发明中的反应槽底部设有数个卡位点，因此，通过转筒底部的角钢条与卡位点相接触，可对反应槽的透光面坡度进行调整。
5、经测试，本发明可有效还原高价态重金属。以自来水(pH＝7.2)配制Cr(VI)浓度为0.5mg/L、流量为5L/h、光强为1mw/cm2的条件下，出水口Cr(VI)的还原率可达到83.57％；而在夏季太阳光的照射下，Cr(VI)的还原率可达到95.88％；以自来水(pH＝7.2)配制苯酚浓度为5mg/L、流量为5L/h，在太阳光的照射下，出水口苯酚的降解率率可达到71.76％。
6、本发明结构简单、造价低廉、操作简单、维护方便，适用于农村地区的分户式饮用水以及西北农村集雨水和微污染水的处理。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中底座的结构示意图。
图中：1-原水水箱  2-出水水箱  3-反应器  4-反应槽  5-底座51-三角架底座  52-转筒  53-转轴  6-进水口  7-出水口8-折流水道  9-放空导流槽。
具体实施方式
如图1所示，一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，包括原水水箱1、出水水箱2和反应器3。反应器3呈平板式，其内设有反应槽4，其底部设有底座5，其一侧设有进水口6，另一侧设有出水口7；反应槽4的一面设有亚克力板材作为透光面板，其底部呈条格状结构，底部背面设有数个挂钩孔和数个卡位点，其内设有数个交错排列的折流挡板构成的折流水道8；折流水道8内设有TiO2/土工布负载型光催化剂，其上部与大气相通且设有放空导流槽9；原水水箱1通过设有控制阀的管道与进水口6相连，该进水口6设有流量计；出水水箱2通过管道与出水口7相连。
其中底座5包括三角架底座51、转筒52和转轴53(参见图2)。三角架底座51上设有转筒52，该转筒52的中部设有转轴53，其顶部设有角钢条，该角钢条与卡位点相接触；转轴53的顶部设有横向挂架，该挂架上设有钢筋挂钩；钢筋挂钩与挂钩孔相连。
折流挡板中的单数挡板与反应槽4的底边设有空隙，其双数挡板与反应槽4的底边相接且其顶端与单数挡板的顶端相距1～2cm。
使用时，首先通过反应器3底座5调节受光面的坡度和方向，使反应槽4接受的光强最大。接着打开进水口6的控制阀阀门，使原水水箱1中的集雨水进入反应槽4中，通过流量计调节其流量，进水依次流过反应槽4中的折流水道，充分进行光催化反应后进入出水水箱2。
本发明中的TiO2/土工布负载型光催化剂是按下述方法制得：
实施例1首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为6；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌30分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，5分钟后，密闭加热至30℃，并保温6h；最后取出土工布，在通风处放置3天，经反复洗涤3～4次后即得TiO2/土工布负载型光催化剂。
其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶30∶1。
实施例2首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为12；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌180分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，30分钟后，密闭加热至95℃，并保温36h；最后取出土工布，在通风处放置7天，经反复洗涤3～4次后即得TiO2/土工布负载型光催化剂。
其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶151∶12。
实施例3首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为9；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌150分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，20分钟后，密闭加热至65℃，并保温21h；最后取出土工布，在通风处放置5天，经反复洗涤3～4次后即得TiO2/土工布负载型光催化剂。
其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶90∶6。
实施例4首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为10；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌100分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，15分钟后，密闭加热至70℃，并保温20h；最后取出土工布，在通风处放置6天，经反复洗涤3～4次后即得TiO2/土工布负载型光催化剂。
其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶120∶4。

Claims (9)

1.一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，包括原水水箱(1)、出水水箱(2)和反应器(3)，其特征在于：所述反应器(3)呈平板式，其内设有反应槽(4)，其底部设有底座(5)，其一侧设有进水口(6)，另一侧设有出水口(7)；所述反应槽(4)的一面设有透光面板，其底部背面设有挂钩孔和卡位点，其内设有数个交错排列的折流挡板构成的折流水道(8)；所述折流水道(8)内设有TiO2/土工布负载型光催化剂，其上部与大气相通且设有放空导流槽(9)；所述原水水箱(1)与所述进水口(6)相连；所述出水水箱(2)与所述出水口(7)相连。
2.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述底座(5)包括三角架底座(51)、转筒(52)和转轴(53)；所述三角架底座(51)上设有所述转筒(52)，该转筒(52)的中部设有所述转轴(53)，其顶部设有角钢条，该角钢条与所述卡位点相接触；所述转轴(53)的顶部设有横向挂架，该挂架上设有钢筋挂钩；所述钢筋挂钩与所述挂钩孔相连。
3.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述反应槽(4)的底部呈条格状结构。
4.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述折流挡板中的单数挡板与所述反应槽(4)的底边设有空隙，其双数挡板与所述反应槽(4)的底边相接且其顶端与所述单数挡板的顶端相距1～2cm。
5.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述原水水箱(1)通过设有控制阀的管道与所述进水口(6)相连，该进水口(6)设有流量计。
6.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述出水水箱(2)通过管道与所述出水口(7)相连。
7.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述挂钩孔和所述卡位点均为数个。
8.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述TiO2/土工布负载型光催化剂是按下述方法制得：首先在蒸馏水中滴加氨水，使其pH值为6～12；然后在磁力搅拌下加入钛酸四正丁酯，经搅拌直至完全产生白色沉淀，随后逐滴加入质量浓度为30％的H2O2，并搅拌30～180分钟后，得到混合均匀的黄色过氧钛酸溶胶；其次，将洁净、干燥的土工布在过氧钛酸溶胶中采用超声振荡，5～30分钟后，密闭加热至30～95℃，并保温6～36h；最后取出土工布，在通风处放置3～7天，经洗涤后即得；其中酞酸四正丁酯、蒸馏水和过氧化氢的摩尔比为1∶30～151∶1～12。
9.如权利要求1所述的一种平板式太阳能光催化集雨水饮用净水器，其特征在于：所述透光面板为亚克力板材。
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