CN102765779A - 外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法 - Google Patents

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张雁秋
伏广龙
何士龙
张传义
李若谷
孟娜
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Abstract

一种外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，包括将外壁负载纳米材料的紫外灯置于污水中，通过电流致使紫外灯发光，所发出的紫外光穿过灯管后直接激发紫外灯外壁负载的纳米材料，致使纳米材料晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。同时光生空穴还能与水分子形成反应，产生氢氧自由基可分解有机污染物且可杀灭污水中的细菌或病毒。本发明方法的紫外光穿过灯管后可直接作用于紫外灯外壁负载的纳米材料，大大地缩短了紫外光与纳米材料的距离，大幅度的降低了污水对紫外光的吸收，提高了水处理的效率，且具有节省电能能耗的显著优点,适用于有机废水处理，也适用于污水消毒，尤其适用于难降解污水的处理。

Description

外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法
技术领域
本发明涉及一种外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，尤其适用于处理含有难降解有机物的污水。
背景技术
对于含有难降解有机物如卤代烃、多环芳烃、多氯联苯等污水，传统的生物技术和物理化学技术在经济、技术上都存在很大的困难。鉴于此，研究开发能耗较少投资较低的难降解有机污水处理技术一直是水污染控制工程领域的热点。
近年来，利用光催化氧化技术处理含难降解有机废水的研究受到了国内外学者的关注。其利用紫外光作为光源，利用二氧化钛、氧化锌、三氧化钨、二氧化锡以及三氧化二铁等具有光催化性能的半导体材料作为催化剂。催化剂在吸收一定的光子能量后，产生电子和空穴对，与吸附在材料表面的水和氧气作用，产生活性强的自由基（如羟基自由基等），可破坏有机物中的C-H键、C-C键、C-N键等，将大分子有机物分解为可生化的小分子物质，甚至直接矿化为二氧化碳和水，且不产生二次污染。
目前，用于有机废水废水的光催化反应器主要有两种，一种是将紫外光源置于废水中，一种是将紫外光源置于废水上方，两种反应器中催化剂都是悬浮在水中，均存在着光效率利用不高，催化剂能以回收分离的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、能耗小，运行成本低的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法。
本发明的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法：
a．选用二氧化硅含量达90%以上的石英光学玻璃制成的紫外灯，在紫外灯管外壁上负载能激发半导体的纳米材料，制成负载纳米材料紫外灯；
b．将多个负载纳米材料紫外灯均匀布置在充满污水的污水池)中，在污水池底部布置与进水管(2)相连的多排进水管，每排进水管上设有多个向污水池中均匀通入污水的进水口； 
c．通电使负载纳米材料紫外灯发光，紫外光穿过灯管激发紫外灯外壁上负载的纳米材料，使纳米材料晶体表面出现光生电子和光生空穴对污水池中的污水进行处理；
d,从污水池底部的多个进水口向污水池中均匀通入污水，使污水池上部经过处理的污水从上部溢流槽中排出。
所述负载纳米材料的三维尺度中的最大尺度小于100纳米；所述的多个负载纳米材料紫外灯之间的距离保持在100-500毫米范围内；所述的多个负载纳米材料紫外灯 距离污水池 的池壁或池底的距离大于100毫米。
有益效果：本发明将外壁负载纳米材料的紫外灯置于污水中，通过电流致使紫外灯发光，所发出的紫外光穿过灯管后直接激发紫外灯外壁负载的纳米材料，致使纳米材料晶体表面出现光生电子和光生空穴，从而进行污水处理；大大地缩短了紫外光与纳米材料的距离，大幅度的降低了污水对紫外光的吸收，提高了污水处理中能耗的利用，在实现对污水中污染物有效降解的同时，提高了水处理的效率，且具有节省电能能耗的显著优点。适用于有机废水处理，也适用于污水消毒，尤其适用于难降解污水的处理。其方法简单、能耗小，运行成本低。
附图说明
图1是本发明的催化氧化水处理方法示意图。
图中：1-污水池，1-进水，3-外壁负载纳米材料的紫外灯，4-溢流槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：
本发明的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，选用二氧化硅含量达90%以上的石英光学玻璃制成的紫外灯，即紫外灯灯壁采用石英光学玻璃制成，且石英光学玻璃的二氧化硅含量达90%以上；在紫外灯管外壁上负载能激发半导体的纳米材料，制成负载纳米材料紫外灯3，所述负载纳米材料的三维尺度中的最大尺度小于100纳米。将多个负载纳米材料紫外灯3均匀布置在充满污水的污水池1中，多个负载纳米材料紫外灯3之间的距离保持在100-500毫米范围内，多个负载纳米材料紫外灯3 距离污水池1 的池壁或池底的距离大于100毫米。在污水池1底部布置与进水管2相连的多排进水管，每排进水管上设有多个向污水池中均匀通入污水的进水口；通电使负载纳米材料紫外灯3发光，紫外光穿过灯管激发紫外灯外壁上负载的纳米材料，使纳米材料晶体表面出现光生电子和光生空穴对污水池1中的污水进行处理；从污水池1底部的多个进水口向污水池中均匀通入污水，使污水池上部经过处理的污水从上部溢流槽4中排出。
工作原理及过程：将能激发半导体的纳米材料的光催化剂有钛、锡、锰等金属氧化物的一种或多种的组合，在进行污水处理前，首先将光催化剂制为纳米级颗粒，颗粒的三维尺度中的最大尺度小于100纳米；然后将其均匀涂布在紫外灯灯壁上。待催化剂颗粒稳定固着在紫外灯灯壁上后，将紫外灯管直接置于污水反应系统中并固定，并保持该紫外灯在各方向上与池体的池壁或池底距离大于100毫米，将多个负载纳米材料紫外灯3均匀布置在池内，各灯管间距保持在100-500毫米范围内；接通电源后，可进行废水处理。负载纳米材料紫外灯3布置的具体距离与具体数量根据污水池1的大小、所处理污水的水质确定。

Claims (4)

1. 一种外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，其特征在于：
a．选用二氧化硅含量达90%以上的石英光学玻璃制成的紫外灯，在紫外灯管外壁上负载能激发半导体的纳米材料，制成负载纳米材料紫外灯(3)；
b．将多个负载纳米材料紫外灯(3)均匀布置在充满污水的污水池(1 )中，在污水池(1)底部布置与进水管(2)相连的多排进水管，每排进水管上设有多个向污水池中均匀通入污水的进水口； 
c．通电使负载纳米材料紫外灯(3)发光，紫外光穿过灯管激发紫外灯外壁上负载的纳米材料，使纳米材料晶体表面出现光生电子和光生空穴对污水池(1 )中的污水进行处理；
d,从污水池(1)底部的多个进水口向污水池中均匀通入污水，使污水池上部经过处理的污水从上部溢流槽(4)中排出。
2. 根据权利要求1所述的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，其特征在于：所述负载纳米材料的三维尺度中的最大尺度小于100纳米。
3. 根据权利要求1所述的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，其特征在于：所述的多个负载纳米材料紫外灯(3)之间的距离保持在100-500毫米范围内。
4. 根据权利要求1或3所述的外壁负载纳米材料紫外灯的催化氧化水处理方法，其特征在于：所述的多个负载纳米材料紫外灯(3) 距离污水池(1 ) 的池壁或池底的距离大于100毫米。
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