CN107986385A - 基于g-C3N4的光催化净水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于g‑C3N4的光催化净水装置,包括进水单元、净水单元、出水单元、数控单元;进水单元包括水泵、进水管、与所述数控单元连接进水检测装置;净水单元包括与所述进水管连接的进水端、与所述进水端连接的基于g‑C3N4的光催化装置、与所述光催化装置连接的出水端,其中,所述进水阀和光催化装置分别与所述数控单元电连接;出水单元包括与所述出水端连接的出水管、与所述数控单元连接的出水检测装置。本发明的光催化净水装置能够高效除菌去污;避免净水过程中造成二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及水体净化装置,尤其涉及一种高效除菌去污的光催化净水装置。
背景技术
水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境,是指围绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体,其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体。水环境是构成环境的基本要素之一,是人类社会赖以生存和发展的重要场所,也是受人类干扰和破坏最严重的领域。水环境的污染和破坏已成为当今世界主要的环境问题之一,因此有效去除各类有害有毒物质已成为水处理领域的当务之急,而传统的杀菌消毒方式如紫外线消毒和化学消毒法,具有消毒效果差或者产生二次污染等问题。
发明内容
发明目的:本发明提供了一种基于g-C3N4的光催化的净水装置,解决了传统的净水方式消毒效果差、易产生二次污染的问题。
技术方案:本发明的基于g-C3N4的光催化的净水装置,包括数控单元以及分别与所述数控单元连接的进水单元、净水单元和出水单元。
所述进水单元包括水泵、与所述水泵连接的进水管。
所述净水单元包括通过进水过滤装置与所述进水管连接的进水端、与所述进水端连接的基于g-C3N4的光催化装置、与所述光催化装置连接的出水端,其中,所述进水阀和光催化装置分别与所述数控单元电连接。
所述出水单元包括通过与所述出水端连接的出水管。
g-C3N4即石墨相的C3N4,是五种C3N4中最稳定的一种非金属半导体,它具有类似石墨的层状结构,每层中的C、N原子均为sp2杂化,相间排列,形成C3N3或C6N7的杂环。由于原子与原子之间形成的高键能共价键,使其化学性质非常稳定。
此外,自然界丰富的C、N元素使其成为一种廉价易得的半导体光催化材料。相比于块体g-C3N4,具有单原子层结构的g-C3N4被光激发后可以在样品表面直接产生光生电子和空穴,生成的电子与空穴对可以与水分子或目标污染物分子直接发生反应,从而避免了光生电子空穴对产生后在从体相迁移至催化剂表面这一过程中发生复合,这大大降低了光生载流子的复合率;其次,单原子层材料的二维平面结构能够有效降低电荷在其表面迁移的阻力,从而提高电荷迁移速率,使其能够在催化剂表面迅速迁移至反应的活性位点参与光催化反应;第三,将块体材料剥离为单原子层材料的过程提高了半导体光催化剂的比表面积,暴露出更多的活性位点,从而强化了污染物在溶液与半导体光催化剂界面之间的传质作用,使光催化效率得到极大的提高。故本发明提出一种基于单原子层g-C3N4带光催化的净水装置来取代传统的消菌杀毒方法。
为了更高效的达到净水的目的,所述光催化装置包括至少两个依次连接光催化室,并呈U型排布,高效净水的同时节省空间。
为了实现光催化装置净水的目的,所述光催化室包括套接的外玻璃管和内玻璃管、能够朝向外玻璃管和内玻璃管照射紫外光的紫外灯、罩设在所述光催化室外的挡光层,所述外玻璃管内壁、内玻璃管内外壁均铺设有g-C3N4纳米薄层,其中,紫外线发射波长为200-400mm的光线,且紫外灯与数控单元连接,通过控制紫外灯的功率可以调控催化效率。
其中,所述内玻璃管呈螺旋状,在相同流速下,螺旋管的比表面积相对较大,使得螺旋管中的水受到的光催化作用更强烈,净化效果更好。
所述进水管与进水端之间、出水端与出水管之间、两相邻光催化室之间分别设有进水阀、出水阀和阀门,且所述进水阀、出水阀和阀门分别与数控单元电连接,所述进水阀、阀门和出水阀分别在数控单元的控制下,水可以从螺旋式的内玻璃管进入、从外玻璃管进入或同时从内玻璃管和外玻璃管进入,这三种进水方式主要取决于待处理进水量和预定处理效果。
所述光催化装置还连接有补氧装置,包括鼓风机、通向所述光催化室内的补氧管、用于检测所述光催化室中含氧量的含氧量检测装置。所述补氧管安装在外玻璃管内壁上,每根补氧管包括若干分别通向外玻璃管和螺旋玻璃管的补氧口,含氧量检测装置与数控单元连接,实时检测含氧量,通过控制或补入更多氧气可以提高除菌消毒效率。
为了检测光催化净水后水体中的污染物与细菌含量,所述出水单元设有与所述数控单元连接并能够检测出水水体污染物和细菌含量的出水检测装置,其中,出水检测装置安装在靠近出水管出水口的内壁上。
为了检测光催化净水前水体中的污染物与细菌含量,所述进水单元设有与所述数控单元连接并能够检测进水水体污染物和细菌含量的进水检测装置,并能够与出水管的出水检测装置检测到的数据进行换算,得到水体净化效率;其中,进水检测装置设在所述进水管靠近输出口的内壁上。
为了进一步除去光催化净水后水体的杂质和有色物质,所述出水端与出水管之间设有出水过滤装置。
有益效果:1、本发明提供的光催化净水装置能够高效除菌去污;2、避免净水过程中造成二次污染;3、分段式净水和双层玻璃管可以配合紫外灯管与补氧装置对流量与催化效率进行灵活的调控;4、光催化装置采用U型排布和开放式接口使其更具可塑性与平台性,并且更加节约了装置安置的空间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的净水原理框架图。
具体实施方式
参见图1和图2,本发明一实施例所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,包括依次连接的进水单元2、净水单元3和出水单元4,以及分别与进水单元2、净水单元3和出水单元4连接并用于监测与调节的数控单元1。
进水单元2包括水泵21、与水泵21连接的进水管22、与数控单元1连接并能够检测进水水体污染物和细菌含量的进水检测装置23;其中,进水检测装置23设在进水管22靠近输出口的内壁上。
净水单元3包括通过进水过滤装置31和进水阀37与进水管22无缝连接的进水端32、与进水端32连接的基于g-C3N4的光催化装置33、与光催化装置33连接的出水端34,其中,进水阀32和光催化装置33分别与数控单元1电连接,进水过滤装置31为无纺布材料。
光催化装置33包括两个通过阀门39连接的光催化室35,并呈倒U型排布,光催化室35包括套接的外玻璃管351和内玻璃管352、能够朝向外玻璃管351和内玻璃管352照射紫外光的条形紫外灯353、罩设在光催化室35外的挡光层354,外玻璃管351内壁、内玻璃管352内、外壁均铺设有g-C3N4纳米薄层,其中,g-C3N4纳米薄层由热剥离法或溶剂剥离法制得,内玻璃管352呈螺旋状,挡光层354为铝箔纸,紫外灯353安装在外玻璃管351内壁,发射波长为200-400mm的光线,且紫外灯353和阀门39分别与数控单元1连接。
光催化装置33还连接有补氧装置36,包括鼓风机361、通向光催化室35内的补氧管362、用于检测光催化室35中含氧量的含氧量检测装置363。补氧管362安装在外玻璃管351内壁上,每根补氧管362包括5个通向外玻璃管351和5个通向螺旋内玻璃管352的补氧口,含氧量检测装置363位于外玻璃管351靠近进水处的内壁上,并与数控单元1连接。
出水单元4包括通过出水过滤装置341和出水阀38与出水端34连接的出水管41、与数控单元1连接并能够检测出水水体污染物和细菌含量的出水检测装置42,其中,出水检测装置42安装在靠近出水管41出水口的内壁上,出水阀38与数控单元1电连接。
其中,进水阀37、出水阀38和阀门39分别在数控单元1的控制下,水可以从螺旋式的内玻璃管352进入、从外玻璃管351进入或同时从内玻璃管352和外玻璃管351进入。
数控单元1包括与进水阀37连接的进水调控模块、与进水检测装置23连接的进水检测模块、与出水阀38连接的出水调控模块、与出水检测装置42连接的出水检测模块、与阀门39连接的净水调控模块、与紫外灯353连接的紫外灯调控模块、与含氧量检测装置363连接的含氧量检测模块。
本发明的工作步骤如下:
将需要净化的水通过水泵21和进水管22输入,经进水检测装置23检测进水水体的污染物和细菌含量,并通过无纺布材料的进水过滤装置31除去固体杂质。
然后,通过进水阀37输入至光催化装置33,通过外玻璃管351和/或内玻璃管352在两个光催化室35内进行光催化净化。
光催化净化后的水体通过活性炭模块的出水过滤装置341除去残留的固体杂质和有色物质,经出水检测装置42检测出水水体的污染物和细菌含量,将数据输入数控单元进行除污灭菌效率计算,即完成水体的净化。
Claims (10)
1.一种基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:包括数控单元(1)以及分别与所述数控单元(1)连接的进水单元(2)、净水单元(3)和出水单元(4);
所述进水单元(2)包括水泵(21)、与所述水泵(21)连接的进水管(22);
所述净水单元(3)包括通过进水过滤装置(31)与所述进水管(22)连接的进水端(32)、与所述进水端(32)连接的基于g-C3N4的光催化装置(33)、与所述光催化装置(33)连接的出水端(34),其中,所述光催化装置(33)分别与所述数控单元(1)电连接;
所述出水单元(4)包括与所述出水端(34)连接的出水管(41)。
2.根据权利要求1所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述光催化装置(33)包括至少两个依次连接的光催化室(35),并呈U型排布。
3.根据权利要求2所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述光催化室(35)包括套接的外玻璃管(351)和内玻璃管(352)、能够朝向外玻璃管(351)和内玻璃管(352)照射紫外光的紫外灯(353)、罩设在所述光催化室(35)外的挡光层(354),所述外玻璃管(351)内壁、内玻璃管(352)内外壁均铺设有g-C3N4纳米薄层。
4.根据权利要求3所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述内玻璃管(352)呈螺旋状。
5.根据权利要求2所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述光催化装置(33)还连接有补氧装置(36)。
6.根据权利要求5所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述补氧装置(36)包括鼓风机(361)、通向所述光催化室(35)内的补氧管(362)、用于检测所述光催化室(35)中含氧量的含氧量检测装置(363)。
7.根据权利要求2-6任一所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述进水管(22)与进水端(32)之间、出水端(34)与出水管(41)之间以及两相邻光催化室(35)之间分别设有进水阀(37)、出水阀(38)和阀门(39),且所述进水阀(37)、出水阀(38)和阀门(39)分别与数控单元(1)电连接。
8.根据权利要求1所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述出水单元(4)设有与所述数控单元(1)连接并能够检测出水水体污染物和细菌含量的出水检测装置(42)。
9.根据权利要求1所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述进水单元(2)设有与所述数控单元(1)连接并能够检测进水水体污染物和细菌含量的进水检测装置(23)。
10.根据权利要求1所述的基于g-C3N4的光催化净水装置,其特征在于:所述出水端(34)与出水管(41)之间设有出水过滤装置(341)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180504 |