CN104841411A - 一种金属蜂窝板TiO2固定工艺及其光催化降解反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属蜂窝板TiO2固定工艺及其光催化降解反应器。本发明公开了一种能够快速、长期、有效的有机废水降解处理和杀菌消毒的催化剂蜂窝板固定化工艺和处理设备。这种应用蜂窝板催化剂的处理设备，包括箱体、蜂窝板载催化剂、紫外灯、曝气部件、进出水口，其特征在于：箱体内设有多个独立的催化反应仓，反应仓均为上角进水并且其对角的下角出水，并用水管和弯头连接并垂直放置的形式实现。反应仓内分层放置固化了催化剂的蜂窝板，蜂窝板间保留一定距离，在两板中间放置紫外灯管；在反应仓的底部正中间设置微孔曝气管；箱体两端设置有进水和出水口。
Description
技术领域
本发明涉及一种TiO2固定工艺及其光催化反应器，尤其涉及一种可在金属蜂窝板表面固定TiO2的工艺和一种用于有机污染物降解的光催化反应器。
背景技术
光催化氧化技术是上世纪70年代近三十年来发展起来的新技术、新方法。以TiO2作为催化剂能有效地将废水中的有机物降解为H2O、CO2、硫酸根离子、磷酸根离子、硝酸根离子、卤素离子等无机小分子,达到完全无机化的目的。
但是光催化氧化技术在实际应用中存在着诸多的不足及制约因素：
第一，量子效益低，单纯的TiO2光催化剂的光生电子—空隙对的再复合率高，光催化性能不突出。较低的光量子效率限制了光催化氧化的工业化应用；
第二，TiO2选择吸附性差，光催化反应过程的产物CO2极易吸附在催化剂表面极大的降低了光催化反应的速率和选择性；
第三，有机污染物降解中间产物复杂，实际废水种类繁多，各类水质相差悬殊，污染物降解难度程度不一，机制各异，组分之间存在竞争反应，在一定程度上制约了光催化技术的产业化应用；
第四，光催化剂及紫外光源的有效分布与融合问题；
以上几点是实现光催化氧化技术工业化应用所必需解决的技术及工艺问题。
在国内外的光催化专利和文献中，用于光催化降解有机物的纳米二氧化钛都采用悬浮态或将其附着在空心玻璃球、塑料泡沫、树脂、木屑、螺旋结构载体、多空陶瓷以及纤维丝上并使悬浮或固定在反应器中，其两种方式主要存在着催化剂与紫外光无法有效接触与融合而且催化剂难回收的问题。同时，无论是悬浮态还是填充式固定式的，由于流体或气流搅动都会造成催化剂的损失，并使催化剂流失。最终无法满足光催化水处理技术的工业化。
从目前的国内外专利来看，专利201310348060.8中提到一种TiO2光催化蜂窝陶瓷网的制备方法，是以蜂窝陶瓷网作为催化剂载体，但是该专利提供的方法步骤复杂，最终也因附着催化剂机械强度低仅适用于气体处理；同时蜂窝陶瓷成本较高、生产及切割工艺要求高、比表面积低，这几点制约了该工艺和材料在大规模水处理工业中的应用。专利200910303709.8中提到一种催化反应器，直观上就可以明显判断该反应器在实际应用过程中会因气流搅拌和隔板下端进水使进入污水与在处理水混合速率加快，最终无法有效的利用反应器本身的折流设计，产出水的水质也会较差。
所以能够解决载体成本、比表面积以及催化剂附着问题同时提供一种能够高效利用有效空间的反应器是解决光催化有机废水处理工艺难题的根本路线。
发明内容
本发明所解决的问题在于克服现有的小型化原位有机废水处理方法存在的不足，并提供一种能够快速、长期、有效的有机废水降解处理和杀菌消毒的催化剂蜂窝板固定化工艺和处理设备。
为了达到以上目的，本发明提供的光催化降解有机废水的金属蜂窝板TiO2固定化生产工艺，其特征在于：包括以下步骤
（1）、采用金属蜂窝铝板或者铁板作为催化剂载体
（2）、附着剂配方：
选取一定质量的聚苯乙烯用适量甲苯溶解，聚苯乙烯与甲苯质量比为1：10-1：5之间；
将纳米级二氧化钛（P25）与甲苯溶液混合，质量比为1：100，放入超声波振荡仪中处理半小时，形成分散均匀的悬浊液；
（3）、聚苯乙烯完全溶解形成一定黏度的黏合剂，将蜂窝板浸没在黏合剂中约3分钟，缓慢提拉使黏合剂均匀附着在蜂窝铝板表面待其形成半固态薄膜；
（4）、将附着有半固态薄膜的蜂窝板浸没入悬浊液中，快速搅动20秒钟，拿出常温干燥至薄膜未完全固化，继续将蜂窝板放入悬浊液中搅动拿出干燥，如此反复3-4次即可。
最终将经催化剂附着处理的蜂窝板放置烘箱以60-80℃完全烘干固化。
金属蜂窝板一般采用孔径为5-20mm，厚度为10-50mm的金属铝或铁板，其大小根据反应器设计要求进行裁剪。
蜂窝铝或铁板，须经稀酸做前处理以达到去污和表面腐蚀增加表面积的目的；酸洗后用清水冲刷，至冲刷水为中性时结束并晾干。
本发明的另一个目的是，应用上述工艺制成的催化剂载体蜂窝板的有机废水降解反应器。
这种应用蜂窝板催化剂的反应器，包括箱体、蜂窝板载催化剂、紫外灯、曝气部件、进出水口，其特征在于：箱体内设有多个独立的催化反应仓，反应仓均为上角进水并且其对角的下角出水，并用水管和弯头连接并垂直放置的形式实现。反应仓内分层放置固化了催化剂的蜂窝板，蜂窝板间保留一定距离，在两板中间放置紫外灯管；在反应仓的底部正中间设置微孔曝气管；箱体两端设置有进水和出水口。
蜂窝板放置层数及其厚度可根据被处理污水的水质和紫外灯管的功率确定；蜂窝板的宽度和长度以灯管的功率确定。
附图说明：
图1是反应器外观轴测示意图
图2是反应器内部结构轴测示意图
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步说明
实施例1
这种金属蜂窝板TiO2催化剂固定生产工艺如下：
（1）、选用内径15mm厚度为20mm的蜂窝铝板，用稀盐酸浸泡待其腐蚀，取出后用清水冲洗至洗出水为中性，放置晾干；
（2）、选取聚苯乙烯与甲苯质量比为1：10进行相互溶解形成黏合剂；将纳米级二氧化钛（P25）与甲苯溶液混合，质量比为1：100，放入超声波振荡仪中处理半小时，形成分散均匀的悬浊液；将蜂窝板浸没在黏合剂中3分钟，缓慢提拉使黏合剂均匀附着在蜂窝铝板表面待其形成半固态薄膜；
（3）、将附着有半固态薄膜的蜂窝板浸没入悬浊液中，快速搅动20秒钟，拿出常温干燥至薄膜未完全固化，继续将蜂窝板放入悬浊液中搅动拿出干燥，反复进行3次，最终将经催化剂附着处理的蜂窝板放置烘箱以60℃完全烘干固化。
仅上述步骤得到附载有催化剂的金属蜂窝板。
应用以上附载有催化剂的蜂窝板制成的光催化有机物降解反应器如图1所示。包括箱体1，箱体1内有以折流板3分割而成的相对独立的反应仓2；反应仓2内分层存放有附载了催化剂的金属蜂窝板9；分层放置的蜂窝板9两板中间的箱体1壁上开孔安置紫外灯管6；反应仓底部安置用于提供氧化剂和混匀污水的曝气管7，进气口同样开在箱体侧壁上；每个反应仓采用连通管4进行联通，该联通管是反应仓形成前端为底部出水后端顶部进水；箱体的第一个及最后一个反应仓安装污水的进水口5和出水口8。
设计上下两次蜂窝板的间距为150mm，反应仓的厚度也就是蜂窝板的宽度也为150mm，紫外灯管采用带玻璃套的可浸没的单头供电紫外灯管；以4反应仓每反应仓放置3套25W紫外灯管的反应器进行污水处理，可完成COD<200mg/L、BOD<100mg/L、LAS<250 mg/L的污水每小时0.5吨的处理量，处理出水可达到国家城市杂用水水质标准。
实施例2：
（1）、选用内径8mm厚度为30mm的蜂窝铝板，用稀盐酸浸泡待其腐蚀，取出后用清水冲洗至洗出水为中性，放置晾干；
（2）、选取聚苯乙烯与甲苯质量比为1：5进行相互溶解形成黏合剂；将纳米级二氧化钛（P25）与甲苯溶液混合，质量比为1：100，放入超声波振荡仪中处理半小时，形成分散均匀的悬浊液；将蜂窝板浸没在黏合剂中3分钟，缓慢提拉使黏合剂均匀附着在蜂窝铝板表面待其形成半固态薄膜；
其他步骤及反应器结构同实施例1
设计上下两次蜂窝板的间距为200mm，反应仓的厚度也就是蜂窝板的宽度也为200mm，紫外灯管采用带玻璃套的可浸没的单头供电紫外灯管；以6反应仓每反应仓放置6套40W紫外灯管的反应器进行污水处理，可完成COD<200mg/L、BOD<100mg/L、LAS<250 mg/L的污水每小时2吨的处理量，处理出水可达到国家城市杂用水水质标准。
Claims (6)
1.一种光催化降解有机废水的金属蜂窝板TiO2固定化生产工艺，其特征在于：包括以下步骤
（1）采用金属蜂窝铝板或者铁板作为催化剂载体；
（2）附着剂配方：
选取一定质量的聚苯乙烯用适量甲苯溶解，聚苯乙烯与甲苯质量比为1：10-1：5之间；将纳米级二氧化钛（P25）与甲苯溶液混合，质量比为1：100，放入超声波振荡仪中处理半小时，形成分散均匀的悬浊液；
（3）聚苯乙烯完全溶解形成一定黏度的黏合剂，将蜂窝板浸没在黏合剂中约3分钟，缓慢提拉使黏合剂均匀附着在蜂窝铝板表面待其形成半固态薄膜；
（4）将附着有半固态薄膜的蜂窝板浸没入悬浊液中，快速搅动20秒钟，拿出常温干燥至薄膜未完全固化，继续将蜂窝板放入悬浊液中搅动拿出干燥，如此反复3-4次即可；最终将经催化剂附着处理的蜂窝板放置烘箱以60-80℃完全烘干固化。
2.根据权利要求1所述的金属蜂窝板采用孔径为5-20mm，厚度为10-50mm的金属铝或铁板，其大小根据反应器设计要求进行裁剪。
3.根据权利要求1所述的蜂窝铝或铁板，须经稀酸做前处理以达到去污和表面腐蚀增加表面积；酸洗后用清水冲刷，至冲刷水为中性时结束并晾干。
4.一种蜂窝板催化剂的反应器，包括箱体、蜂窝板载催化剂、紫外灯、曝气部件、进出水口，其特征在于：箱体内设有多个独立的催化反应仓，反应仓均为上角进水并且其对角的下角出水，并用水管和弯头连接并垂直放置的形式实现。
5.根据权利要求4所述的反应器其反应仓内分层放置固化了催化剂的蜂窝板，蜂窝板间保留一定距离，在两板中间放置紫外灯管；在反应仓的底部正中间设置微孔曝气管；箱体两端设置有进水和出水口。
6.根据权利要求4所述的蜂窝板放置层数且蜂窝板间保留一定距离，距离可根据被处理污水的水质和紫外灯管的功率确定，10W紫外灯管的蜂窝板上下间距为10cm，后面灯管功率每增加5W间距增加2cm；蜂窝板的宽度与间距一致。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106517483A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-03-22 | 东南大学 | 适用于高危废水催化氧化的应急处理装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US20050129591A1 (en) * | 2003-12-16 | 2005-06-16 | Di Wei | Bifunctional layered photocatalyst/thermocatalyst for improving indoor air quality |
| CN201024117Y (zh) * | 2007-04-17 | 2008-02-20 | 任应刚 | 光催化氧化处理废水中表面活性剂的装置 |
| CN101584996A (zh) * | 2009-06-26 | 2009-11-25 | 任应刚 | 光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂生产方法及有机污染物废水处理装置 |
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2014
- 2014-05-05 CN CN201410185527.6A patent/CN104841411A/zh active Pending
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