CN106669412B - 光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光催化反应器。该光催化反应器包括外壳、紫外灯管和光催化组件。外壳上开设有与容置空间相连通的入口和出口；紫外灯管收容于容置空间内；光催化组件收容于容置空间内的，光催化组件为两端开口、且内表面上附着有光催化剂的空心柱结构，光催化组件的两端分别与外壳的入口和出口相连通，光催化组件的内表面上具有多个V型槽，每个V型槽的角度不超过20°，每个V型槽的深度至少为2厘米；其中，紫外灯管固定地穿设于光催化组件，且紫外灯管的延伸方向与光催化组件的延伸方向平行。上述光催化反应器的结构简单紧凑且净化效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及流体的净化领域，特别涉及一种光催化反应器。
背景技术
光催化净化是基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物。利用光催化净化技术去除空气中的有机污染物具有以下特点：1）直接用空气中的氧气做氧化剂，反应条件温和（常温常压）；2）可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无机小分子，净化效果彻底；3）半导体光催化剂化学性质稳定，氧化还原性强，成本低，不存在吸附饱和现象，使用寿命长。且光催化净化技术具有室温深度氧，二次污染小，运行成本低和可望利用太阳光为反应光源等优点，所以光催化特别合适室内挥发有机物的净化，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力，然而，目前的光催化反应器要么光催化接触面积较小，净化效率较低，要么结构较为复杂。
发明内容
基于此，有必要提供一种结构简单紧凑且净化效率较高的光催化反应器。
一种光催化反应器，包括：
外壳，具有一容置空间，所述外壳上开设有与所述容置空间相连通的入口和出口；
紫外灯管，收容于所述容置空间内；
收容于所述容置空间内的光催化组件，所述光催化组件为两端开口、且内表面附着有光催化剂的空心柱结构，所述光催化组件的两端分别与所述外壳的入口和出口相连通，所述光催化组件的内表面上具有多个V型槽，每个所述V型槽的角度不超过20°，每个所述V型槽的深度至少为2厘米；其中，所述紫外灯管固定地穿设于所述光催化组件，且所述紫外灯管的延伸方向与所述光催化组件的延伸方向平行。
在其中一个实施例中，每个所述V型槽具有第一侧壁及与所述第一侧壁固定连接的第二侧壁，所述第一侧壁远离所述第二侧壁的一端与所述第二侧壁远离所述第一侧壁的一端之间的连线与所述紫外灯管的延伸方向平行。
在其中一个实施例中，所述光催化组件包括多个条形的光催化板，多个所述光催化板均与所述紫外灯管间隔设置，且多个所述光催化板环绕所述紫外灯管设置一周以拼接形成所述空心柱结构，每个所述光催化板的内表面上开设有多个所述V型槽，每个所述光催化板的内表面上附着有所述光催化剂。
在其中一个实施例中，每个所述光催化板上的多个所述V型槽沿所述光催化板的长度方向依次排列。
在其中一个实施例中，所述光催化组件包括多个条形的光催化片，多个所述光催化片均与所述紫外灯管间隔设置，且多个所述光催化片环绕所述紫外灯管设置一周以拼接形成所述空心柱结构，每个所述光催化片为多个V型褶皱沿一直线依次拼接形成，每个所述光催化片的多个所述V型褶皱的排列方向与所述紫外灯管的延伸方向平行，且每个所述光催化片的内表面上附着有所述光催化剂。
在其中一个实施例中，所述V型槽的角度不超过5°。
在其中一个实施例中，所述V型槽的深度至少为8厘米。
在其中一个实施例中，还包括收容于所述容置空间内、用于过滤微粒的过滤器，所述过滤器固定于所述外壳的入口和所述光催化组件之间，其中，进入所述入口的待处理流体能够经过所述过滤器后进入所述光催化组件内。
在其中一个实施例中，还包括设置在所述外壳的入口处的鼓风机。
在其中一个实施例中，还包括收容于所述容置空间内、用于过滤微粒的过滤装置，所述过滤装置固定安装于所述外壳的出口和所述光催化组件之间，其中，从所述光催化组件流出的流体能够经过所述过滤装置后从所述出口流出。
上述光催化反应器通过将两端开口、且内表面附着有光催化剂的空心柱结构的光催化组件的两端分别与外壳的入口和出口相连通，紫外灯管穿设于光催化组件，且紫外灯管延伸方向与光催化组件的延伸方向相同，并将光催化组件的内表面设置为具有多个V型槽的结构，能够增加附着光催化剂的面积，即增加了光催化反应的有效面积，从而有利于提高净化效率；且每个V型槽的角度不超过20°，每个V型槽的深度至少为2厘米，能够使光催化反应器具有较为合适的光催化表面，能够有效地提高光催化反应器的光催化效率，使得上述光催化反应器具有较好的净化效率，同时，上述光催化反应器通过在光催化组件附着有光催化剂的内表面上设置V型槽，并优化每个V型槽的角度和每个V型槽的深度，就实现了提高光催化反应器的净化效率的目的，结构十分简单，紧凑。
附图说明
图1为一实施方式的光催化反应器的结构示意图。
图2为图1所示的光催化反应器沿紫外灯管的轴向的剖面图。
图3为图2所示的光催化反应器的紫外灯管和光催化组件组装在一起的另一角度的结构示意图。
图4为图2所示的光催化反应器的光催化片的结构示意图。
图5为图4所示的光催化反应片的I部放大图。
图6为另一实施方式的光催化反应器的光催化组件的光催化板的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1及图2所示，一实施方式的光催化反应器100包括外壳110、紫外灯管120和光催化组件130。
外壳110具有一容置空间112，具体在图示的实施例中，外壳110为长方体型。可以理解，在其它实施例中，外壳110不限于为上述形状，外壳110还可以为正方体形、球形、圆柱形或者不规则的立体结构，外壳110的形状可根据具体的需要进行选择。
其中，外壳110上开设有与容置空间112相连通的入口114和出口116。具体在图示的实施例中，入口114和出口116分别位于外壳110的相对的两个端面上。
紫外灯管120收容于容置空间112内。具体的，紫外灯管120为圆柱形的管状结构；管状紫外灯管120固定于外壳110内。
请一并参阅图3，光催化组件130收容于容置空间112内。具体的，光催化组件130固定于外壳110内。其中，光催化组件130为两端开口、且内表面附着有光催化剂的空心柱结构，光催化组件130的两端分别与外壳110的入口114和出口116相连通，其中，紫外灯管120固定地穿设于光催化组件130，且紫外灯管120的延伸方向与光催化组件130的延伸方向平行。具体在图示的实施例中，光催化组件130为空心的圆柱结构。可以理解，光催化组件130不限于为空心的圆柱结构，在其它实施例中，光催化组件130还可以为空心的方柱结构、空心的椭圆柱结构等规则的空心柱结构；或者光催化组件130还可以为不规则的空心柱结构。
请一并参阅图4和图5，其中，光催化组件130的内表面上具有多个V型槽132，每个V型槽132的角度α不超过20°，每个V型槽132的深度h至少为2厘米。进一步的，V型槽132的角度α不超过5°；V型槽132的深度h至少为8厘米。
具体在图示的实施例中，多个V型槽132的角度均相等，深度均相等；可以理解，在其它实施例中，多个V型槽132的角度也可以不相等，深度也可以不相等。
具体的，每个V型槽132具有第一侧壁132a及与第一侧壁132a固定连接的第二侧壁132b，第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线与紫外灯管120的延伸方向平行。如图5所示，图5中线段AB表示第一侧壁132a，线段AC表示第二侧壁132b，则线段BC则表示第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线；V型槽132的角度α即为线段AB和线段AC的夹角；V型槽132的深度h即为A点到线段BC的最短距离。
具体在图示的实施例中，光催化组件130包括多个条形的光催化片134，多个光催化片134均与紫外灯管120间隔设置，且多个光催化片134环绕紫外灯管120设置一周以拼接形成空心柱结构，每个光催化片134为多个V型褶皱沿一直线依次拼接形成。即每个光催化片134由多个V型褶皱连续拼接形成。每个光催化片134的多个V型褶皱的排列方向与紫外灯管120的延伸方向平行，且每个光催化片134的内表面上附着有光催化剂。具体的，可以采用卡勾卡扣、螺钉或者是穿线的方式将拼接在一起光催化片134固定，具体的固定方式可根据使用的光催化片134的材质进行选择。
可以理解，光催化组件130上的V型槽132也不限于均设置为第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线与紫外灯管120的延伸方向平行，在其它实施例中，V型槽132也可以设置为第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线相对紫外灯管120的延伸方向倾斜，或者垂直；且光催化组件130上的多个V型槽132的第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线相对紫外灯管120的延伸方向倾斜的角度可以相等，也可以不相等；多个V型槽132可以连续地设置在光催化组件130，也可以间隔地设置在光催化组件130。
进一步的，光催化组件130的内表面为粗糙面，即每个光催化片134朝向紫外灯管120的一面为粗糙面，粗糙的表面能够增加光催化组件130的内表面的表面积，以增加空心柱结构的光催化组件130的内表面能够附着光催化剂的面积，从而有利于提高光催化效率。具体的，光催化组件130的内表面的粗糙表面可以采用喷砂、蚀刻等方式实现。
具体的，光催化片134的材质为金属、聚合物塑料、纸或布。其中，金属为锌、锡等；聚合物为金属离子形成多配位络合物的交联功能高分子材料，例如，铁和树脂螯合形成的材料。
具体的，光催化剂为金属氧化物，例如，二氧化钛、氧化锌、三氧化二铁等。
具体在本实施例中，光催化片134的材质为锌，光催化剂为氧化锌；或者，光催化片134的材质为锡，光催化剂为氧化锡。
进一步的，光催化组件130的内表面上还附着有助催化剂，助催化剂能够提高光催化剂的转化效率。具体的，助催化剂选自铂、钯、钌、银、铜、钨、铑、钼、金及铁中的一种；或者，助催化剂选自铂、钯、钌、银、铜、钨、铑、钼、金及铁中的一种的氧化物；或者，助催化剂选自铂、钯、钌、银、铜、钨、铑、钼、金及铁中的一种的硫化物。
进一步的，光催化反应器100还包括收容于容置空间112内、用于过滤微粒的过滤器140，过滤器140固定于外壳110的入口114和光催化组件130之间，其中，进入入口114的待处理流体能够经过过滤器140后进入空心柱结构内。过滤器140能够对流体进行预过滤，以过滤掉流体中的微粒，从而防止光催化组件130的内表面结垢和光催化剂的失效。具体的，过滤器140为微粒过滤器。具体的，过滤器140固定安装于外壳110内。
进一步的，光催化反应器100还包括设置在外壳110的出口116处的鼓风机150，以促进流体的流动。具体的，鼓风机150与外壳110固定连接。
进一步的，光催化反应器100还包括收容于容置空间112内、且用于过滤微粒的过滤装置160，过滤装置160固定安装于外壳110的出口116和光催化组件130之间，其中，从光催化组件130流出的流体能够经过过滤装置160后从出口116流出，从而进一步对经过光催化组件130净化的流体进行过滤净化，以提高净化的效果。具体的，过滤装置160为微粒过滤器。
上述光催化反应器100至少具有以下优点：
（1）上述光催化反应器100通过将两端开口、且内表面附着有光催化剂的空心柱结构的光催化组件130的两端分别与外壳110的入口114和出口116相连通，紫外灯管120穿设于光催化组件130，且紫外灯管120延伸方向与光催化组件130的延伸方向相同，并将光催化组件130的内表面设置为具有多个V型槽132的结构，能够增加附着光催化剂的面积，即增加了光催化反应的有效面积，从而有利于提高净化效率；且每个V型槽132的角度不超过20°，每个V型槽132的深度至少为2厘米，能够使光催化反应器100具有较为合适的光催化表面，能够有效地提高光催化反应器100的光催化效率，使得上述光催化反应器100具有较好的净化效率，同时，上述光催化反应器100通过在光催化组件130附着有光催化剂的内表面上设置V型槽132，并优化每个V型槽132的角度和每个V型槽132的深度，就实现了提高光催化反应器100的净化效率的目的，结构十分简单，紧凑。
（2）上述光催化反应器100的光催化组件130设置为包括多个条形的光催化片134，多个光催化片134均与紫外灯管120间隔设置，且多个光催化片134环绕紫外灯管120设置一周以拼接形成空心柱结构，每个光催化片134为多个V型褶皱沿一直线依次拼接形成，每个光催化片134的多个V型褶皱的排列方向与紫外灯管120的延伸方向平行，从而通过直接将多个光催化片134拼接形成空心柱结构即可，无需使用大模具进行生产，小片生产更加简单，且小片质量较轻，组装方便。
（3）上述光催化反应器100的光催化组件130的每个V型槽132的第一侧壁132a远离第一侧壁132a的一端与第二侧壁132b远离第一侧壁132a的一端之间的连线与紫外灯管120的延伸方向平行，能够使紫外光更好地照射满V型槽的整个侧壁，以尽可能提高光催化反应的有效面积；而若是垂直，不能保证紫外光照射到整个V型槽的整个侧壁。
如图6所示，另一实施方式的光催化反应器与光催化反应器100的结构大致相同，区别仅在于，本实施方式的光催化反应器的光催化组件包括多个条形的光催化板200，多个光催化板200均与紫外灯管间隔设置，且多个光催化板200环绕紫外灯管设置一周以拼接形成空心柱结构。其中，每个光催化板200的内表面上开设有多个V型槽210，每个光催化板200的内表面上附着有光催化剂。
具体的，每个光催化板200上的多个V型槽210沿光催化板200的长度方向依次排列。具体在图示的实施例中，多个V型槽210沿光催化板200的长度方向连续地设置在光催化板200上。可以理解，在其它实施例中，多个V型槽210也可以间隔地设置在光催化板200上；其中，多个V型槽210可以沿光催化板200的长度方向依次排列，也可以随意分布在光催化板200上。
由于该实施方式的光催化反应器的结构与光催化反应器100的结构相似，因此，本实施方式的光催化反应器也具有光催化反应器100相似的效果。
以下为具体实施方式部分：
实施例1
本实施例的光催化反应器的光催化组件的多个光催化片均与紫外灯管间隔设置，且多个光催化片环绕紫外灯管设置一周以拼接形成空心柱结构，每个光催化片为多个V型褶皱沿一直线依次拼接形成，每个光催化片的V型褶皱的排列方向与紫外灯管的延伸方向平行，且每个光催化片的内表面上附着有光催化剂。其中，每个V型槽的角度为20°，每个V型槽的深度为2厘米。
在水中加入酚类试剂，以使水中碳的摩尔浓度为18.4mol/L，将添加有酚类试剂的水通入本实施例的光催化反应器中，采用分光光度计测试经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度，再根据[（起始水中的碳的摩尔浓度-净化后的水中的碳的摩尔浓度）/起始水中的碳的摩尔浓度]×100%，得到本实施例的光催化反应器对酚类的去除率。其中，经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例2
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为5°，每个V型槽的深度为8厘米。
采用实施例1相同的测试方法，得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例3
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为1°，每个V型槽的深度为10厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例4
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为15°，每个V型槽的深度为15厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例5
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为10°，每个V型槽的深度为12厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例6
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为3°，每个V型槽的深度为20厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例7
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为4°，每个V型槽的深度为18厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例8
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为21°，每个V型槽的深度为18厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
实施例9
本实施例的光催化反应器的结构与实施例1相似，区别仅在于，本实施例的每个V型槽的角度为4°，每个V型槽的深度为7厘米。
采用实施例1相同的测试方法，测试得到经本实施例的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率见表1。
表1表示的是分别经实施例1~9的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度、以及本实施例的光催化反应器对酚类的去除率。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | |
| 净化后的碳的摩尔浓度（mol/L） | 13.616 | 12.549 | 12.438 | 13.248 | 13.064 | 11.96 | 11.5 | 14.462 | 15.603 |
| 去除率（% ） | 26 | 31.8 | 32.4 | 28 | 29 | 35 | 37.5 | 21.4 | 15.2 |
从表1中可以看出，经实施例1~7的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度最多仅为13.616 mol/L，对酚类的去除率至少为26%，最高可达37.5%，而经实施例8和实施例9的光催化反应器净化后的水中的碳的摩尔浓度仍然分别高达14.462mol/L和15.603mol/L，对酚类的去除率分别仅为21.4%和15.2%，远远不如实施例1~7的光催化反应器，显然，实施例1~7的光催化反应器更好的反应效率，这个说明了对V型槽的角度和深度进行优化，能够提高光反应器的净化效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种光催化反应器，其特征在于，包括：
外壳，具有一容置空间，所述外壳上开设有与所述容置空间相连通的入口和出口；
紫外灯管，收容于所述容置空间内；
收容于所述容置空间内的光催化组件，所述光催化组件为两端开口、且内表面附着有光催化剂的空心柱结构，所述光催化组件的两端分别与所述外壳的入口和出口相连通，所述光催化组件的内表面上具有多个V型槽，每个所述V型槽的角度不超过20°，每个所述V型槽的深度至少为8厘米；其中，所述紫外灯管固定地穿设于所述光催化组件，且所述紫外灯管的延伸方向与所述光催化组件的延伸方向平行，其中，每个所述V型槽的角度和深度均相同，每个所述V型槽具有第一侧壁及与所述第一侧壁固定连接的第二侧壁，所述第一侧壁远离所述第二侧壁的一端与所述第二侧壁远离所述第一侧壁的一端之间的连线与所述紫外灯管的延伸方向平行。
2.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述光催化组件包括多个条形的光催化板，多个所述光催化板均与所述紫外灯管间隔设置，且多个所述光催化板环绕所述紫外灯管设置一周以拼接形成所述空心柱结构，每个所述光催化板的内表面上开设有多个所述V型槽，每个所述光催化板的内表面上附着有所述光催化剂。
3.根据权利要求2所述的光催化反应器，其特征在于，每个所述光催化板上的多个所述V型槽沿所述光催化板的长度方向依次排列。
4.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述光催化组件包括多个条形的光催化片，多个所述光催化片均与所述紫外灯管间隔设置，且多个所述光催化片环绕所述紫外灯管设置一周以拼接形成所述空心柱结构，每个所述光催化片为多个V型褶皱沿一直线依次拼接形成，每个所述光催化片的多个所述V型褶皱的排列方向与所述紫外灯管的延伸方向平行，且每个所述光催化片的内表面上附着有所述光催化剂。
5.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，所述V型槽的角度不超过5°。
6.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，还包括收容于所述容置空间内、用于过滤微粒的过滤器，所述过滤器固定于所述外壳的入口和所述光催化组件之间，其中，进入所述入口的待处理流体能够经过所述过滤器后进入所述光催化组件内。
7.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，还包括设置在所述外壳的出口处的鼓风机。
8.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于，还包括收容于所述容置空间内、用于过滤微粒的过滤装置，所述过滤装置固定安装于所述外壳的出口和所述光催化组件之间，其中，从所述光催化组件流出的流体能够经过所述过滤装置后从所述出口流出。
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