CN105858797B - 一种可用于模拟污染河流治理的净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种可用于模拟污染河流治理的净化器，这种可用于模拟污染河流治理的净化器不仅能够快速降解有机染料，而且能够通过改变净化器的组成参数，成功实现对复杂的污水河流状态的模拟；该净化器不仅能够实现在太阳光照射下对污水的有效净化，更重要的是获得的实验结果对于治理河流时适时调整光催化剂用量具有参考价值。

Description

一种可用于模拟污染河流治理的净化器
技术领域
本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种可用于模拟污染河流治理的净化器的设计及组装方法。
背景技术
工厂的肆意排污、城市的无限扩张以及各种化肥农药的过度使用，造成中国的水资源现状不断恶化，近半数河流和湖泊严重污染。据《第一次全国水利普查公报》报导，截至2011年底，全国流域面积50平方公里及以上的河流4.5万条，总长度150.85万公里；流域面积100平方公里及以上的河流2.29万条。与过去了解到的情况相比，河流数量变化大，总数或将消失一半。其中，十大流域水质总体为轻度污染，但是局部地区、局部水域的水质环境污染情况比较严重；七大水系水质总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，湖泊(水库)富营养化问题突出。河流、海洋、地下水等的污染给人民生活和生产带来了极大的不便。
通过资料调研发现，水体严重污染已成为制约我国经济建设发展的巨大障碍。其中纺织品行业产生的染料废水已成为水污染的一个重要来源。我国已将染料废水的处理列为水资源保护的一个重要课题。
发明内容
调研发现，可见光纳米催化剂是一种极具开发前景的高效光催化剂，具有无毒、原材料来源丰富、价格低廉等优点，因而被广泛应用于治理有机染料污水。本发明拟利用市场上的可见光纳米催化剂，设计一个净化器，模拟污水流动的过程，在太阳光照射下，实现污水进入，清水流出；同时，要将污水在净化器中的流动过程模拟自然界中污染河流水流的过程，包括水流的缓急、污染的程度轻重等。在本发明中，以染料罗丹明B作为例子，通过实验直接验证这个净水器处理污水具有极好的效果，而且能够成功地用于污染河流治理的模拟。
本发明主要是受了自然界中河流的启发，设计了一种可用于模拟污染河流治理的净化器，可以在阳光照射下处理有机染料污水。染料降解所需的能源，全部来自免费的太阳能。河水流动状态受诸多因素的影响，这些因素在进行污水处理时都必须考虑清楚；而本发明的净化器却能够很好地对这些参数进行模拟，为合理使用催化剂提供实验数据参考。通过这个可用于模拟污染河流治理的净化器，不仅能够完全达到污水进入，清水流出的效果，更为重要的是，本发明能够通过改变净化器的组成参数，实现对污染河流的模拟。实验中以降解对象为有机染料罗丹明B为例，利用分光光度计检测出水中是否降解完全，当出水口有机染料浓度不为零时，本发明就可以通过调整净化器参数实现污染物完全降解的效果。比如，可以通过调整透明玻璃珠粒径的大小以及不同大小玻璃珠的混合使用，实现对水流速度的调控，从而改变污染物在净化器中被催化降解的时间；可以通过改变光强和水温，实现模拟季节对河流的影响，改变催化剂降解污水的速度；如果污染物浓度过大，还可以适当调整催化剂的用量。
污水净化器可以根据河流状态的不同，对污水净化器的参数进行调整，来实现对河流的成功模拟，真实河流与净化器参数对应关系如表1所示。
表1. 真实河流与净化器参数对照
将催化剂和透明玻璃珠组成的复合物填入高20 cm，直径2 cm的层析柱中，罗丹明B的浓度为实验研究常用的浓度（1×10-5 g/L），关闭层析柱阀门。将反应器垂直放置于太阳光下，污水净化器降解所需要的时间如表2所示。由于实验时的气温不同，染料降解所需要的时间存在一定的差异。气温越高，降解速度越快。另外，使用本发明设计的污水净化器不仅可以实现对有机染料罗丹明B的高效降解，而且还可以降解其他有机染料和四环素等抗生素，具有非常广阔的应用前景。
表2. 净化器降解罗丹明B所需时间表
天气 降解完成所需时间（min）
夏天正午 15~30
夏天阴天 25~60
秋天正午 20~35
秋天阴天 30~80
本发明中可用于模拟污染河流治理的净化器具体组装步骤为：
（1）购买市场上的透明玻璃珠，需要有0.01mm~1mm不同粒径大小的玻璃珠搭配使用；取可见光纳米催化剂与玻璃珠混合在一起，加入适量的水和偶联剂，充分搅拌后，使纳米催化剂附着在玻璃珠表面；
（2）将上述混合物填入层析柱中，将层析柱垂直放置于太阳光下，即可获得可用于模拟污染河流治理的净化器。
本发明中的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，使用的层析柱的直径为1cm-10cm，长度为10cm-100cm。
本发明中的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，使用的玻璃珠的大小和尺寸以及不同大小玻璃珠的用量，需要根据污水的情况进行调整。
本发明中的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，使用的可见光纳米催化剂是碳修饰的纳米氧化锌或者二氧化钛P25或者磷酸银纳米材料。
本发明中的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，使用的偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂。
本发明的净化器在使用时，将污水从上端倒入，阳光照射下，污水经过催化剂降解后，清水将从反应器的底部流出。
本发明具有如下优点：
（1）本发明设计组装出的可用于模拟污染河流治理的净化器，能够高效地利用可见光催化降解染料，太阳光照射下，仅仅用十几分钟至几十分钟时间就可以将有机染料溶液降解完全，实现对有机染料的快速降解，为污水治理提供了一种小型高效的治理装置。
（2）本发明设计的可用于模拟污染河流治理的净化器，通过调整净化器的参数，实现对河流的模拟，为确定催化剂的用量提供数据参考。
（3）本发明利用简易的实验器材设计出可用于模拟污染河流治理的净化器，不仅能够实现在太阳光光照射下对污水的有效净化，更重要的是获得的实验结果对于治理河流时适时调整光催化剂用量具有参考价值，从而弥补了现有研究高度重视对催化剂的研究，却忽视了对污水河流模拟的不足。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
以碳修饰氧化锌基纳米催化剂作为光催化剂的污水净化器的组装步骤为：购买市场上的透明玻璃珠，需要有多种不同的粒径尺寸。取碳修饰的氧化锌纳米催化剂分散到上述材料中，加入适量的水和铝酸酯偶联剂，充分搅拌后，使纳米催化剂附着在玻璃珠表面；将上述混合物填入10 cm高，直径1 cm的层析柱中，即可获得可用于模拟污染河流治理的净化器。
实施例2
以二氧化钛P25纳米催化剂作为光催化剂的污水净化器的组装步骤为：购买市场上的透明玻璃珠，需要有多种不同的粒径尺寸。取市场上购买的二氧化钛P25可见光纳米催化剂分散到上述材料中，加入适量的水和钛酸酯偶联剂，充分搅拌后，使纳米催化剂附着在玻璃珠表面；将上述混合物填入100 cm高，直径10 cm的层析柱中，即可获得可用于模拟污染河流治理的净化器。
实施例3
以磷酸银纳米催化剂作为光催化剂的污水净化器的组装步骤为：购买市场上的透明玻璃珠，需要有多种不同的粒径尺寸。取市场上购买的磷酸银纳米催化剂分散到上述材料中，加入适量的水和硅烷偶联剂，充分搅拌后，使纳米催化剂附着在玻璃珠表面；将上述混合物填入20 cm高，直径2 cm的层析柱中，即可获得可用于模拟污染河流治理的净化器。

Claims (4)

1.一种可用于模拟污染河流治理的净化器，其特征在这种可用于模拟污染河流治理的净化器的具体组装步骤为：（1）购买市场上的透明玻璃珠，需要有0.01mm~1mm不同粒径大小的玻璃珠搭配使用；取可见光纳米催化剂与玻璃珠混合在一起，加入适量的水和偶联剂，充分搅拌后，使可见光纳米催化剂附着在玻璃珠表面；（2）将上述混合物填入层析柱中，将层析柱垂直放置于太阳光下，即可获得可用于模拟污染河流治理的净化器；可用于模拟污染河流治理的净化器可以通过调整透明玻璃珠粒径的大小以及不同大小玻璃珠的配合使用，实现对水流速度的调控，从而改变污染物在净化器中被催化降解的时间；可以通过改变光强和水温，模拟季节对河流的影响，改变催化剂降解污水的速度；如果污染物浓度过大，可以适当增加可见光纳米催化剂的用量。
2.根据权利要求1所述的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，其特征在于使用的层析柱的直径为1cm-10cm，长度为10cm-100cm。
3.根据权利要求1所述的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，其特征在于使用的可见光纳米催化剂是碳修饰的纳米氧化锌或者二氧化钛P25或者磷酸银纳米材料。
4.根据权利要求1所述的一种可用于模拟污染河流治理的净化器，其特征在于使用的偶联剂为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂或者铝酸酯偶联剂。
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