CN103359868A - 一种污水处理光催化反应器 - Google Patents

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崔夏荣
王颖赛
魏馨雨
崔斌
惠刘斌
廖传珠
惠清香
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Abstract

本发明公开了一种循环间歇污水处理光催化反应器，包括污水输入系统、光反应系统、已处理水输出系统和分离系统。紫外光源置于反应器内部，光激发磁性复合纳米催化剂，引发光催化反应，光催化剂为颗粒，悬浮于反应液中。该反应适用于液-固相光催化反应，有利于光催化反应动力学研究。本发明适合于光催化降解有机污染物，可以间歇操作，磁性复合纳米催化剂通过磁分离可以循环使用，反应过程可以进行实时监测。

Description

一种污水处理光催化反应器
技术领域
本发明涉及一种循环间歇污水处理光催化反应器，该反应器适用于光催化降解有机污染物，可以间歇操作，也可循环使用，属于化学工程技术领域。
背景技术
1972年，A. Fujishima和K. Honda在n型半导体TiO2电极上发现了水的光电催化分解作用，TiO2氧化活性较高，化学稳定性好，对人体无毒害，成本低，无污染，应用范围广，因而倍受重视。1976年，Cary报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可以使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非选择性降解各种有机物，实现彻底矿化，生成CO2和H2O。近40年来，科学家围绕太阳能的转化和储存、光化学合成、光催化杀菌、光催化降解有机污染物等进行了大量的研究，致力于提高光催化的效率。
目前，光催化降解有机污染物的效率主要受到两方面因素影响，一是光催化剂，二是光催化反应器。人们将研究的热点集中于高性能光催化剂的开发，但对于光催化反应器的设计与开发较少，研发的光催化反应器种类较多，导致了目前光催化反应效率难以进行统一比较。随着光催化技术不断发展，不仅要开发高性能的光催化剂，而且光催化反应器的开发也应受到重视，两者缺一不可。
光催化反应器作为反应的场所直接影响光催化反应的效率，反应器的结构、形状、光源位置等对催化剂活性的发挥和光的利用起到决定性的作用，同时影响反应产物检验和反应后处理。例如目前污水处理光催化反应器形式多样，要么为悬浮式，要么为固定式，悬浮式光反应器可以大大提高光催化效率，但光催化剂回收困难，回收成本高；固定式可以很好的解决光催化剂的回收问题，但催化剂的比表面积大大减少，对光的利用率不高。例如中国专利申请（申请号：200710062204.8）公开的三相超声光催化反应装置，属于悬浮式反应体系，不利于反应后处理；中国专利申请（申请号：201210032948.6）公开的一种光催化反应装置及其应用，属于固定式反应体系，不利于反应后处理；中国专利申请（申请号：201110032304.2）公开的一种多功能光催化反应装置，既能作为悬浮式反应装置，又能作为固定式反应装置。但是其结构复杂，成本较高，普及困难，不能将光催化剂及时回收以防止二次污染。
发明内容
本发明目的在于，提供一种循环间歇污水处理光催化器，该反应器既能作为悬浮式反应器，又能作为固定式反应器。
为了实现上述任务，本发明采取了如下的技术解决方案：
一种循环间歇污水处理反应器，包括污水输入系统、光反应系统、已处理水输出系统、分离系统，
所述的污水输入系统包括有密封箱（1），密封箱通过管路连接光反应系统，管路上安装有电动循环水泵（2）；
所述的光反应系统包括反应器（4），反应器内部有搅拌装置（3）和紫外光源（5），反应器内部污水中悬浮有磁性复合纳米催化剂（6），反应器上方有管路与污水输入系统连接，反应器下方有反应液取样口（7）和管路与已处理水输出系统连接；
所述的已处理水输出系统包括有密封箱（10），密封箱通过管路连接光反应系统，管路上安装有电动循环水泵（9）；
所述的分离系统通过电磁铁装置（8）实现；
所述的污水输入系统和已处理水输出系统通过电动循环水泵独立控制。
所述的紫外光源（5）主要波长为254nm和365nm。
所述的磁性复合纳米催化剂呈颗粒状，具有磁性，如文献大量报道的Fe3O4TiO2，其可通过目前大量文献报道的方法合成得到。
所述的分离系统使用的电磁铁（8）可将反应器中的磁性复合纳米催化剂集中分离。
所述的反应器下方有反应液取样口（7）。
和现有技术相比，本发明循环间歇污水处理光催化反应器具有以下优点：
（1）能将光催化剂及时回收，解决了已处理水和光催化剂的分离问题；
（2）适用于光催化降解有机污染物，利用分离系统实现磁性复合纳米催化剂的集中分离，催化剂可以循环使用；
（3）可以连续操作，也可间歇操作，产物检测方便，可在线和离线取样检测，不会影响反应进行；
（4）整个体系密闭，性能稳定，避免了反应过程向空气中排放污染物；
（5）实验证明该磁性复合纳米催化剂可循环使用10次以上；
（6）可以通过控制搅拌速度和磁性复合纳米催化剂的量，提高光利用率。
附图说明
图1是本发明的循环间歇污水处理光催化反应器结构及工艺流程示意图；
图中的标记分别表示：A、污水输入系统，B、光反应系统，C、已处理水输出系统，D、分离系统；
1、密封箱，2、电动循环水泵，3、搅拌装置，4、反应器，5、紫外光源，6、磁性复合纳米催化剂，7、反应液取样口，8、电磁铁装置，9、电动循环水泵，10、密封箱。
图2是本发明的循环间歇污水处理光催化反应器控制电路示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的循环间歇污水处理光催化反应器，由气体循环污水输入系统、光反应系统、已处理水输出系统、分离系统组成，整个装置通过管路连接。以降解水溶液中甲基橙为例，对各系统进行说明。
密封箱1中的甲基橙溶液通过电动循环水泵2加入反应器4中，随后搅拌装置3开启使磁性复合纳米催化剂6均匀悬浮于甲基橙溶液中，开启紫外灯5，开始反应。反应过程中分离系统电磁铁装置8处于非工作状态，可随时通过反应器下方取样口7检测反应程度。反应完成后，开启电磁铁装置8将磁性复合纳米催化剂6集中于反应器底部，通过电动循环水泵9将已处理水输入密封箱10中，关闭电磁铁装置8。
参见图2，本发明的循环间歇污水处理光催化反应器控制电路示意图，由两个继电器实现污水输入系统（进水）单独控制，光反应系统（搅拌，紫外灯）单独控制以及已处理水输出系统（出水）与分离系统（电磁铁）同时控制，一个总开关实现整个循环间歇污水处理光催化反应器的控制。

Claims (7)

1.一种循环间歇污水处理反应器，包括污水输入系统、光反应系统、已处理水输出系统、分离系统，其特征在于：
所述的污水输入系统包括有密封箱（1），密封箱通过管路连接光反应系统，管路上安装有电动循环水泵（2）；
所述的光反应系统包括反应器（4），反应器内部有搅拌装置（3）和紫外光源（5），反应器内部污水中悬浮有磁性复合纳米催化剂（6），反应器上方有管路与污水输入系统连接，反应器下方有反应液取样口（7）和管路与已处理水输出系统连接；
所述的已处理水输出系统包括有密封箱（10），密封箱通过管路连接光反应系统，管路上安装有电动循环水泵（9）；
所述的分离系统通过电磁铁装置（8）实现。
2.根据权利要求1所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的污水输入系统和已处理水输出系统通过电动循环水泵独立控制。
3.根据权利要求1所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的紫外光源（5）主要波长为254nm和365nm。
4.根据权利要求1所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的磁性复合纳米催化剂呈颗粒状，具有磁性。
5.根据权利要求4所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的磁性复合纳米催化剂为Fe3O4TiO2粒子。
6.根据权利要求1所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的分离系统使用的电磁铁（8）可将反应器中的磁性复合纳米催化剂集中分离。
7.根据权利要求1所述的循环间歇污水处理反应器，其特征在于，所述的反应器下方有反应液取样口（7）。
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