CN106745486A - 光催化反应净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光催化反应净化装置，包括双层保温不锈钢外壳、曝气装置、pH计探头、紫外分光光度计、超声发生器、盖子、电热丝以及可更换式光源；超声发生器置于双层保温不锈钢外壳的夹层中；双层保温不锈钢外壳侧壁上设置有进气口以及出液口；曝气装置通过进气口与双层保温不锈钢外壳内部相贯通；出液口分别与pH计探头以及紫外分光光度计相连；盖子上设置有与双层保温不锈钢外壳内部相贯通的排气口；可更换式光源的一端设置在盖子上，另一端伸入双层保温不锈钢外壳内部；电热丝设置在双层保温不锈钢外壳底部。本发明可实现光源可调、恒温、反应过程实时检测、可减少光催化反应到检测的实验步骤并能显著提高光催化反应实验效率。
Description
技术领域
本发明属于光催化反应降解有机污染物和测定技术领域，涉及一种光催化反应净化装置，尤其一种超声协同臭氧、紫外pH计联用温控一体化的光催化反应净化装置。
背景技术
半导体光催化技术是半导体材料在光催化领域的应用，主要是利用半导体材料吸收太阳光辐射，半导体受激发产生电子和空穴，电子和空穴再与吸附在半导体材料表面的物质发生一系列的化学反应。日本东京大学Fujishima和Honda科学家于1972年首次在Nature上发表了关于二氧化钛单晶电极在光解水产氢现象的论文，引起了各国科学家对二氧化钛半导体的高度重视。近些年，各种新型的催化剂被广泛的研究，并用于太阳能的转化和储存、光化学合成、光催化降解有机污染物、光催化杀菌等方面的应用。
虽然，各种新型的光催化剂被不断地研究出来，但用于催化剂反应的光反应器却很少，尤其是实验室传统的光催化装置，灯源，光催化反应瓶，pH检测，紫外分光光度计检测大都是分开使用的，使用起来比较麻烦。公开号是CN105582871A的专利申请中提出一种超声辅助光催化反应净化装置，将超声波与光催化反应净化装置结合起来，以提高光催化效率；公开号是CN104803469A的专利申请中提出一种臭氧、紫外光、超声波协同作用废水处理装置，利用超声波、臭氧及协助处理污水；公告号是CN103112924B的发明专利中提出一种超声协同臭氧降解农药的实验装置，将称重传感器、酸碱度传感器和温度传感器与实验装置相连，实时检测溶液的质量、温度计酸碱变化；公开号是CN102627370A的专利申请中提出一种能够持续维持高处理效率的废水降解用微波光催化装置，利用超声波在不拆机的前提下对机身污垢进行清理，以维持装置的高效率工作。但是，超声波、臭氧及紫外协助降解，pH和紫外实时监测以及温度可控和仪器自清洁一体化的光催化反应净化装置却很少。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可实现光源可调、恒温、反应过程实时检测、可减少光催化反应到检测的实验步骤并能显著提高光催化反应实验效率的光催化反应净化装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光催化反应净化装置，其特征在于：所述光催化反应净化装置包括双层保温不锈钢外壳、曝气装置、pH计探头、紫外分光光度计、超声发生器、盖子、电热丝以及可更换式光源；所述双层保温不锈钢外壳整体是一端开口的筒状结构；所述超声发生器置于双层保温不锈钢外壳的夹层中；所述双层保温不锈钢外壳侧壁上设置有进气口以及出液口；所述曝气装置通过双层保温不锈钢外壳侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳内部相贯通；所述双层保温不锈钢外壳侧壁上的出液口分别与pH计探头以及紫外分光光度计相连；所述盖子上设置有与双层保温不锈钢外壳内部相贯通的排气口；所述盖子设置在双层保温不锈钢外壳的顶部；所述可更换式光源的一端设置在盖子上，另一端伸入双层保温不锈钢外壳内部；所述电热丝设置在双层保温不锈钢外壳的底部。
作为优选，本发明所采用的光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳内部的磁力搅拌装置以及温度传感器。
作为优选，本发明所采用的光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳侧壁上的出液口处的可更换滤膜的滤头。
作为优选，本发明所采用的光催化反应净化装置还包括出水口阀门、pH计阀门以及紫外检测阀门；所述双层保温不锈钢外壳侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头与水口阀门相连通；所述双层保温不锈钢外壳侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头分别与pH计阀门以及紫外检测阀门相连通；所述pH计阀门与pH计探头相连；所述紫外检测阀门与紫外分光光度计的比色皿相连通。
作为优选，本发明所采用的曝气装置包括通气泵、气体流量计以及通气管；所述通气泵通过气体流量计与通气管相连通；所述通气管通过双层保温不锈钢外壳侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳内部相贯通；所述在双层保温不锈钢外壳内部的通气管的端部设置有曝气头。
作为优选，本发明所采用的盖子设置有光源通孔，所述可更换式光源置于光源通孔中并通过灯管更换旋钮固定。
作为优选，本发明所采用的可更换式光源包括玻璃外罩、玻璃内罩以及灯管；所述玻璃外罩罩于玻璃内罩外部并与玻璃内罩之间设置有空隙；所述灯管置于玻璃内罩中；所述玻璃外罩上设置有进水口以及出水口；所述进水口通过玻璃外罩和玻璃内罩之间的空隙与出水口相贯通。
作为优选，本发明所采用的灯管是氙灯、汞灯或LED灯中的任意一种，所述灯管的光源强度可调节的。
作为优选，本发明所采用的双层保温不锈钢外壳的侧壁上还设置有磁力搅拌开关、加热开关、超声开关、灯管电流调节旋钮以及温度显示屏。
作为优选，本发明所通入的气体为臭氧、氧气或空气的一种。
作为优选，本发明的机盖的排气口为通用磨口，可与干燥管、冷凝管连接，以防止反应过程中水汽的逸出。
作为优选，本发明可连接紫外分光光度计、pH计，可对反应进行实时监测，并且光催化反应机身可与检测装置分离。
本发明的优点是：
本发明提供了一种光催化反应净化装置，包括双层保温不锈钢外壳、曝气装置、pH计探头、紫外分光光度计、超声发生器、盖子、电热丝以及可更换式光源；双层保温不锈钢外壳整体是一端开口的筒状结构；超声发生器置于双层保温不锈钢外壳的夹层中；双层保温不锈钢外壳侧壁上设置有进气口以及出液口；曝气装置通过双层保温不锈钢外壳侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳内部相贯通；双层保温不锈钢外壳侧壁上的出液口分别与pH计探头以及紫外分光光度计相连；盖子上设置有与双层保温不锈钢外壳内部相贯通的排气口；盖子设置在双层保温不锈钢外壳的顶部；可更换式光源的一端设置在盖子上，另一端伸入双层保温不锈钢外壳内部；电热丝设置在双层保温不锈钢外壳的底部。利用本发明装置，可同时进行超声、通气(臭氧、氧气或空气)、恒温及光催化反应，实现反应实时监测，可减少光催化反应到检测的实验步骤，显著提高光催化反应实验效率。同时，紫外光，超声波，臭氧都具有杀菌功能，本装置还可用于反应后的自清洁。
附图说明
图1是本发明所提供的光催化反应净化装置的结构示意图；
图2是本发明所采用的机盖部分的结构示意图；
图3是本发明所采用的底座部分的结构示意图；
图4是本发明所采用的灯管部分的结构示意图；
图5是本发明实施例1中降解罗丹明B紫外图谱；
图6是本发明实施例2中催化氧化甲醇的pH变化图；
附图标记说明如下：
1-盖子；2-排气口；3-玻璃外罩；4-玻璃内罩；5-灯管；6-进水口；7-出水口；8-灯管更换旋钮；9-超声发生器；10-曝气头；11-气体流量计；12-通气泵；13-电热丝；14-磁力搅拌装置；15-温度传感器；16-出水口阀门；17-pH计阀门；18-pH计探头；19-可更换滤膜的滤头；20-紫外检测阀门；21-比色皿；22-双层保温不锈钢外壳。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1、图2、图3以及图4，本发明提供了一种光催化反应净化装置，光催化反应净化装置包括双层保温不锈钢外壳22、曝气装置、pH计探头18、紫外分光光度计、超声发生器9、盖子1、电热丝13以及可更换式光源；双层保温不锈钢外壳22整体是一端开口的筒状结构；超声发生器9置于双层保温不锈钢外壳22的夹层中；双层保温不锈钢外壳22侧壁上设置有进气口以及出液口；曝气装置通过双层保温不锈钢外壳22侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳22内部相贯通；双层保温不锈钢外壳22侧壁上的出液口分别与pH计探头18以及紫外分光光度计相连；盖子1上设置有与双层保温不锈钢外壳22内部相贯通的排气口2；盖子1设置在双层保温不锈钢外壳22的顶部；可更换式光源的一端设置在盖子1上(参见图2以及图4)，另一端伸入双层保温不锈钢外壳22内部；电热丝13设置在双层保温不锈钢外壳22的底部(参见图3)。
光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳22内部的磁力搅拌装置14以及温度传感器15。
光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳22侧壁上的出液口处的可更换滤膜的滤头19。
光催化反应净化装置还包括出水口阀门16、pH计阀门17以及紫外检测阀门20；双层保温不锈钢外壳22侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头19与水口阀门16相连通；双层保温不锈钢外壳22侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头19分别与pH计阀门17以及紫外检测阀门20相连通；pH计阀门17与pH计探头18相连；紫外检测阀门20与紫外分光光度计的比色皿21相连通。
曝气装置包括通气泵12、气体流量计11以及通气管；通气泵12通过气体流量计11与通气管相连通；通气管通过双层保温不锈钢外壳22侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳22内部相贯通；在双层保温不锈钢外壳22内部的通气管的端部设置有曝气头10。
盖子1设置有光源通孔，可更换式光源置于光源通孔中并通过灯管更换旋钮8固定。
参见图2，机盖1上具有通用磨口的通气口2，可安装干燥管或者球形冷凝管，本发明所采用的可更换式光源包括玻璃外罩3、玻璃内罩4以及灯管5；玻璃外罩3罩于玻璃内罩4外部并与玻璃内罩4之间设置有空隙；灯管5置于玻璃内罩4中；玻璃外罩3上设置有进水口6以及出水口7；进水口6通过玻璃外罩3和玻璃内罩4之间的空隙与出水口7相贯通；灯管5是氙灯、汞灯或LED灯中的任意一种，灯管5的光源强度可调节的。
双层保温不锈钢外壳22的侧壁上还设置有磁力搅拌开关、加热开关、超声开关、灯管电流调节旋钮以及温度显示屏。
本发明在具体使用时，首先确定灯管5(紫外灯、氙灯或者LED灯)，通过灯管更换旋钮8并安装好；其次，打开机盖1，倒入待降解溶液及催化剂，并安装好机盖，通入循环冷凝水，冷凝水由进水口6进入，从出水口7排出；打开气体流量计11，由通气泵12泵入气体(臭氧、氧气或者空气)；打开磁力搅拌开关以及超声开关，通过调节面板调节灯源电流以及温度；在可更换滤膜的滤头19处安装好新的滤膜；测定溶液pH：关闭出水口阀门16和紫外检测阀门20，经过一定的反应时间，打开pH计阀门17，使反应的溶液与pH计探头18接触，通过显示面板记录溶液的pH。
测定溶液紫外分光光度：关闭出水口阀门16和pH计阀门17，经过一定的反应时间，打开紫外检测阀门20，使溶液进入比色皿21，通过电脑显示器记录溶液的紫外吸收值。
反应结束后，关闭冷凝水及所有开关；关闭pH计阀门17和紫外检测阀门20，打开出水口阀门16，将溶液从出水口排出；
仪器的清洁：将自来水倒入机箱，打开超声开关，更换紫外灯管，实现机身的自清洁。
实施例1恒温-氙灯-紫外检测
首先，确定灯管为氙灯，通过灯管更换旋钮8并安装好；其次，打开机盖1，倒入待降解溶液罗丹明B(浓度为1*10-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安装好机盖，通入循环冷凝水，冷凝水由进水口6进入，从出水口7排出；打开气体流量计11，由通气泵12泵入空气；打开磁力搅拌开关，通过调节面板调节灯源电流为8A以及温度恒温25℃；在可更换滤膜的滤头19处安装好新的滤膜；关闭出水口阀门16和pH计阀门17，开始计时，每隔10分钟，打开紫外检测阀门20，使溶液进入比色皿21，通过电脑显示器记录溶液的紫外吸收值，一共取6次样结束；反应结束后，关闭冷凝水及所有开关；关闭pH计阀门17和紫外检测阀门20，打开出水口阀门16，将溶液从出水口排出。降解溶液罗丹明B的紫外图谱请参见图5。其中，第一个为初始的罗丹明B的紫外图谱(图谱峰面积与浓度成正比，峰面积减小，罗丹明B浓度减小)，之后，每隔10分钟有反应溶液进入比色皿，紫外分光光度计会记录其相应的图谱，共7个样。有图谱可以看出，催化剂p25降解罗丹明B随时间，光强变化的趋势，表明该光反应器为较理想的实验用的光催化反应器。
实施例2恒温-氙灯-pH检测
确定灯管为氙灯，通过灯管更换旋钮8并安装好；其次，打开机盖1，倒入待反应的溶液甲醇(100mL)，加入钴卟啉类催化剂(100mg)，并安装好机盖，通入循环冷凝水，冷凝水由进水口6进入，从出水口7排出；打开气体流量计11，由通气泵12泵入氧气，并由流量计调节气体流量为1个单位大气压；打开磁力搅拌开关，通过调节面板调节灯源电流为8A以及温度恒温25℃；在可更换滤膜的滤头19处安装好新的滤膜；关闭出水口阀门16和紫外检测阀门20，每隔1个小时，打开pH计阀门17，使反应的溶液与pH计探头18接触，通过显示面板记录溶液的pH，一共取6次样结束；反应结束后，关闭冷凝水及所有开关；关闭pH计阀门17和紫外检测阀门20，打开出水口阀门16，将溶液从出水口排出。催化氧化甲醇的pH值参照图6，其中，随着反应时间，pH逐渐变小，说明反应物甲醇在逐渐反应变成甲醛，从而导致pH逐渐变小。
实施例3恒温-超声-紫外灯-紫外检测
确定灯管为紫外灯，通过灯管更换旋钮8并安装好；其次，打开机盖1，倒入待降解溶液亚甲基蓝(浓度为1*10-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安装好机盖，通入循环冷凝水，冷凝水由进水口6进入，从出水口7排出；打开气体流量计11，由通气泵12泵入臭氧，并由流量计调节气体流量为1个单位大气压；打开超声，磁力搅拌开关，通过调节面板调节灯源电流为8A以及温度恒温25℃；在可更换滤膜的滤头19处安装好新的滤膜；关闭出水口阀门16和pH计阀门17，开始计时，每隔10分钟，打开紫外检测阀门20，使溶液进入比色皿21，通过电脑显示器记录溶液的紫外吸收值，一共取6次样结束；反应结束后，关闭冷凝水及所有开关；关闭pH计阀门17和紫外检测阀门20，打开出水口阀门16，将溶液从出水口排出。
实施例4恒温-超声-氙灯-紫外-pH检测
确定灯管为氙灯，通过灯管更换旋钮8并安装好；其次，打开机盖1，倒入待降解溶液X3B(浓度为1*10-5mol/L，100mL)，加入p25(100mg)，并安装好机盖，通入循环冷凝水，冷凝水由进水口6进入，从出水口7排出；打开气体流量计11，由通气泵12泵入氧气，并由流量计调节气体流量为1个单位大气压；打开超声搅拌开关，通过调节面板调节灯源电流为8A以及温度恒温25℃；在可更换滤膜的滤头19处安装好新的滤膜；关闭出水口阀门16和紫外检测阀门20，每隔20分钟，打开pH计阀门17，使反应的溶液与pH计探头18接触，通过显示面板记录溶液的pH，取样结束后，关闭pH计阀门17，打开紫外检测阀门20，使溶液进入比色皿21，通过电脑显示器记录溶液的紫外吸收值，一共取6次样结束；反应结束后，关闭冷凝水及所有开关；关闭pH计阀门17和紫外检测阀门20，打开出水口阀门16，将溶液从出水口排出。
实施例5仪器自清洁
将灯源确定为紫外灯，并调节电流为8A；将一定体积自来水倒入反应装置；通入臭氧，并打开超声开关；反应1～2小时，对反应装置进行净化及消毒；反应结束后，关闭臭氧，将水从出水口阀门16排出，关闭紫外灯及超声开关。
以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质对以上所述实施例所作的变化、变形，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光催化反应净化装置，其特征在于：所述光催化反应净化装置包括双层保温不锈钢外壳（22）、曝气装置、pH计探头（18）、紫外分光光度计、超声发生器（9）、盖子（1）、电热丝（13）以及可更换式光源；所述双层保温不锈钢外壳（22）整体是一端开口的筒状结构；所述超声发生器（9）置于双层保温不锈钢外壳（22）的夹层中；所述双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上设置有进气口以及出液口；所述曝气装置通过双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳（22）内部相贯通；所述双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的出液口分别与pH计探头（18）以及紫外分光光度计相连；所述盖子（1）上设置有与双层保温不锈钢外壳（22）内部相贯通的排气口（2）；所述盖子（1）设置在双层保温不锈钢外壳（22）的顶部；所述可更换式光源的一端设置在盖子（1）上，另一端伸入双层保温不锈钢外壳（22）内部；所述电热丝（13）设置在双层保温不锈钢外壳（22）的底部。
2.根据权利要求1所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳（22）内部的磁力搅拌装置（14）以及温度传感器（15）。
3.根据权利要求2所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述光催化反应净化装置还包括设置在双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的出液口处的可更换滤膜的滤头（19）。
4.根据权利要求3所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述光催化反应净化装置还包括出水口阀门（16）、pH计阀门（17）以及紫外检测阀门（20）；所述双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头（19）与水口阀门（16）相连通；所述双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的出液口通过可更换滤膜的滤头（19）分别与pH计阀门（17）以及紫外检测阀门（20）相连通；所述pH计阀门（17）与pH计探头（18）相连；所述紫外检测阀门（20）与紫外分光光度计的比色皿（21）相连通。
5.根据权利要求4所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述曝气装置包括通气泵（12）、气体流量计（11）以及通气管；所述通气泵（12）通过气体流量计（11）与通气管相连通；所述通气管通过双层保温不锈钢外壳（22）侧壁上的进气口与双层保温不锈钢外壳（22）内部相贯通；所述在双层保温不锈钢外壳（22）内部的通气管的端部设置有曝气头（10）。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述盖子（1）设置有光源通孔，所述可更换式光源置于光源通孔中并通过灯管更换旋钮（8）固定。
7.根据权利要求6所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述可更换式光源包括玻璃外罩（3）、玻璃内罩（4）以及灯管（5）；所述玻璃外罩（3）罩于玻璃内罩（4）外部并与玻璃内罩（4）之间设置有空隙；所述灯管（5）置于玻璃内罩（4）中；所述玻璃外罩（3）上设置有进水口（6）以及出水口（7）；所述进水口（6）通过玻璃外罩（3）和玻璃内罩（4）之间的空隙与出水口（7）相贯通。
8.根据权利要求7所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述灯管（5）是氙灯、汞灯或LED灯中的任意一种，所述灯管（5）的光源强度可调节的。
9.根据权利要求8所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述双层保温不锈钢外壳（22）的侧壁上还设置有磁力搅拌开关、加热开关、超声开关、灯管电流调节旋钮以及温度显示屏。
10.根据权利要求9所述的光催化反应净化装置，其特征在于：所述排气口（2）是通用磨口。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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2017
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