CN109250787A - 一种固定化光催化薄膜反应器 - Google Patents
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Abstract
一种固定化光催化薄膜反应器，包括循环装置、紫外灯管、反应器支架、控温装置、玻璃载板及催化剂载体。循环装置的储液槽、烧杯、磁力循环泵、转子流量计、布液管通过导管依次相连。玻璃载板及催化剂载体放入储液槽中，储液槽侧面有一出水口并套有导管，导管另一端置于烧杯敞口内；催化剂载体最小宽度大于出水口直径；磁力循环泵与控温装置位于同一水平面；紫外灯管安装于反应器支架顶部，储液槽置于反应器支架底部，储液槽的位置高于烧杯的位置；本发明中催化剂与反应溶液充分接触，光催化效率高且稳定性好；省去了催化剂的过滤回收步骤，可以节约实验运行成本。控温装置以及转子流量计可用于考察溶液温度、溶液循环流速对光催化效果的影响。
Description
技术领域
本发明属于化学装置技术领域，涉及一种能固定催化剂和循环降解废水的光催化反应器。
背景技术
随着我国人口数量剧增和工业规模迅速发展，上万吨的废水未经过处理排入到河流中，严重危害着人们日常生活的生态环境。废水处理已经成为环保领域中的一个热门话题，其中偶氮染料废水有着水量大、水质复杂以及色度深等特点，而成为较难处理的工业废水之一。由于偶氮染料的有毒性和致癌性，用一般的生化法和化学氧化法难以除去。
高级氧化技术是一种利用反应体系中产生的强氧化自由基作为氧化剂氧化分解和矿化水中有机污染物的方法。在高级氧化技术之中，光催化氧化法展示出明显的优势。其优点在于它天然的显著特性：不牵涉质量转移，反应条件温和，大规模生产可利用，成本低，无毒并且展示相对较高的化学稳定性。光催化氧化法的原理是：半导体催化剂的价带在一定能量的光照射下，在半导体催化剂的价带上电子被激发到导带形成价带空穴，以及相应的导带上形成导带电子，导带电子和价带空穴分别具有还原性和氧化性，价带空穴可以把半导体催化剂表面吸附的氢氧根以及水分子氧化成一种高氧化性的羟基自由基，在羟基自由基的高度氧化作用下，染料分子被氧化为一些无害物质。
实验室中常用的传统悬浮相光催化体系存在一定的局限性，具体表现在：（1）悬浮态的半导体光催化颗粒难以回收和再次利用，不仅提高了催化剂成本，而且易造成二次污染。（2）悬浮态的半导体光催化剂颗粒在溶液中由于具有反射大量入射光的作用，光利用率大幅降低。
旨在为光催化氧化技术提供一种方便可行的光催化反应装置，简便光催化操作流程并提升光催化效率及稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种以紫外灯为外置灯源、以玻璃载板及催化剂载体作为光催化剂回收体、光催化效率高、操作简便、成本低、稳定性好以及能够控制废水水质水量的固定化光催化薄膜反应器，这种固定化光催化薄膜反应器可以用于生产规模的化学反应或染料废水降解处理，也可以小型化，用于实验室的实验研究。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种固定化光催化薄膜反应器，包括循环装置、紫外灯管、反应器支架、控温装置、玻璃载板及催化剂载体。
所述循环装置包括导管、烧杯、磁力循环泵、转子流量计、储液槽、布液管。储液槽、烧杯、磁力循环泵、转子流量计、布液管之间通过导管依次相连。
所述玻璃载板及催化剂载体放入储液槽中，溶液经过转子流量计从布液管流入储液槽与催化剂载体接触；所述储液槽侧面有一出水口，出水口套有导管，导管另一端置于烧杯敞口内；所述催化剂载体最小宽度大于出水口直径，光催化降解溶液时，空气可小面积与催化剂载体表面接触；催化剂以涂料的形式涂刷于催化剂载体表面，催化剂载体均匀布置于玻璃载板上；磁力循环泵与控温装置位于同一水平面上。
所述紫外灯管安装于所述反应器支架顶部，储液槽置于反应器支架底部，紫外灯管可以正面照射到玻璃载板及催化剂载体表面，储液槽的位置高于烧杯的位置。
所述控温装置为一台恒温磁力搅拌器，烧杯中的溶液置于控温装置上保持恒温。
所述烧杯底部经热加工开孔并由导管与磁力循环泵相连。
本发明的有益效果体现在。
（1）光催化降解溶液时，催化剂载体表面与空气有一定的接触面积，克服了悬浮颗粒反射大量入射光造成光利用率大幅下降的缺点；在反应溶液循环流动下，催化剂与反应溶液充分接触，光催化效率高且稳定性好。
（2）所述玻璃载板及催化剂载体放入储液槽中，催化剂载体最小宽度大于出水口直径，所述玻璃载板及催化剂载体在实验之后对其进行清洗，在常温下干燥之后即可重复使用，克服了悬浮相催化剂颗粒难以回收易造成二次污染的缺点，省去了催化剂的过滤回收步骤，可以节约实验运行成本。
（3）所述玻璃载板上的催化剂载体可以根据需求改变其负载的光催化剂，从而考察不同光催化剂的催化效果。
（4）所述控温装置以及转子流量计可用于考察溶液温度、溶液循环流速对光催化效果的影响。
附图说明
附图1是本发明的结构示意图。其中，1为催化剂载体、2为玻璃载板、3为烧杯、4为磁力循环泵、5为储液槽、6为紫外灯管、7为控温装置、8为导管、9为反应器支架、10为布液管、11为出水口、12为转子流量计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
如图1所示一种固定化光催化薄膜反应器，所述循环装置中，储液槽5、烧杯3、磁力循环泵4、转子流量计12、布液管10之间通过导管8依次相连。进一步的，所述烧杯3底部经热加工开孔并由导管8与磁力循环泵4相连；所述磁力循环泵4通过导管8与转子流量计12相连；所述转子流量计12与布液管10之间通过导管8相连，溶液经过转子流量计12从布液管10流入储液槽5与催化剂载体1接触；所述储液槽5侧面有一大小合适的出水口11，出水口11套有导管8，导管8另一端置于烧杯3敞口内；所述催化剂载体1最小宽度大于出水口11直径，光催化降解溶液时，空气可小面积与催化剂载体1表面接触；磁力循环泵4与控温装置7位于同一水平面上；催化剂以涂料的形式涂刷于催化剂载体1表面，催化剂载体1均匀布置于玻璃载板2上。
所述紫外灯管6安装于反应器支架9顶部，储液槽5置于反应器支架9底部，紫外灯管6可以正面照射到储液槽5内的玻璃载板2及催化剂载体1表面，储液槽5的位置高于烧杯3的位置。
实验开始前，将玻璃载板2及催化剂载体1置于储液槽5中，并将染料溶液全部加入到烧杯3中，然后对磁力循环泵4进行灌泵操作，排除磁力循环泵4内的空气，设置转子流量计12和控温装置7的运行参数，之后开启磁力循环泵4和控温装置7的电源，待烧杯3敞口的导管8口有稳定水流流出，开启紫外灯管6进行染料溶液的光催化循环降解。
在本发明说明书中没经过特别说明的都认定为是现有技术，而且说明书中所述的具体实施例仅为本发明的较佳实施案例，而并不是用来限定本发明的实施范围。也就是说依据本发明申请专利范围的内容而做的等效变化和修饰，都认定为本发明的技术范畴。
Claims (1)
1.一种固定化光催化薄膜反应器，其特征是包括循环装置、紫外灯管、反应器支架、控温装置、玻璃载板及催化剂载体；
所述循环装置包括导管、烧杯、磁力循环泵、转子流量计、储液槽、布液管；储液槽、烧杯、磁力循环泵、转子流量计、布液管之间通过导管依次相连；
所述玻璃载板及催化剂载体放入储液槽中，溶液经过转子流量计从布液管流入储液槽与催化剂载体接触；储液槽侧面有一出水口，出水口套有导管，导管另一端置于烧杯敞口内；催化剂载体宽度大于出水口直径；催化剂涂刷于催化剂载体表面，催化剂载体均匀布置于玻璃载板上；磁力循环泵与控温装置位于同一水平面上；
所述紫外灯管安装于反应器支架顶部，储液槽置于反应器支架底部，紫外灯管正面照射到玻璃载板及催化剂载体表面，储液槽的位置高于烧杯的位置；
所述控温装置为一恒温磁力搅拌器，烧杯中的溶液置于控温装置上保持恒温；
所述烧杯底部经热加工开孔并由导管与磁力循环泵相连。
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Cited By (1)
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| CN112370966A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-19 | 南京大学 | 一种用于VOCs非均相反应的间歇式光反应器及其应用 |
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| CN106513055A (zh) * | 2016-09-06 | 2017-03-22 | 南昌大学 | 一种PDMS‑TiO2‑SiO2薄膜的制备方法及其在固定床光降解反应器中的应用 |
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