CN110054249B - 一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析方法 - Google Patents

一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磁流体光催化反应器内固‑液两相流的分析装置，将TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体与待处理的碱性印染废水通过扰流子充分搅动均匀后由反应器的一端输入；反应器外壁设置多组磁感应线圈，并在线圈内通过不同强度的电流来控制反应器内的磁场强度；超声波流量计段可获得催化剂颗粒浓度情况，光栅光谱仪段可计算光子分布数；光催化降解反应效果可通过检测印染废水的pH值来获得；其通过磁流体、超声波和光栅进行废水的固液相流分析，同时通过太阳能完成催化降解反应，设备的结构紧凑，便于操作，通过本发明进行数据对比，可更好的利用太阳能技术，完成印刷废水的相流分析和处理。

Description

一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析方法
技术领域
本发明涉及一种分析装置，具体涉及一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析装置，属于太阳能利用和印染废水处理技术领域。
背景技术
纺织工业是我国民族工业中历史最悠久的产业之一。
在纺织业的生产过程中,会产生大量废水,其中以印染废水污染最为严重。纺织印染废水具有排放量大、有机污染物含量高、碱性大、水质复杂变化大等特点, 是公认的难处理废水之一,受到当今世界普遍关注。
处理印染废水常用的方法主要有：物化法（吸附脱色法、化学氧化法、超滤膜脱色法等）和生物法（生物吸附法、生物氧化还原法等）两大类。
生物法已广泛应用于生活污水和工业废水的处理,但该方法需要牺牲大量稀释水，而且处理时间长、设备占地面积大。
物化法中常用的分离法具有设备简单，操作简便和工艺成熟的优点。但是这类处理方法通常是将废水中的有机物从液相转变为固相或气相,不仅没有完全消除有机污染物且消耗大量化学药剂,并且造成废物堆积和二次污染。
为此，我们可以考虑用新型功能性材料—磁流体来对这种废水进行处理研究。
磁流体是由磁性粒子、基液以及表面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状溶液。该流体在静态时无磁吸引力,当有外加磁场作用时,才表现出有磁性。用磁流体处理印染废水作为一种无二次污染的新型技术，即将被开发出实用的研究方案并付诸于实践,用来大批量地处理废水。
太阳能技术在污水处理中的应用主要是利用光催化剂进行太阳能光催化污水处理，当太阳光入射光催化剂表面，光催化剂受激而产生自由电子-空穴对，自由电子传递给电子受体而将其还原，空穴可以从电子给体获得电子而将其氧化，因此光催化剂具有较强的氧化还原能力。当前，通常以TiO2作为催化剂进行太阳能光催化污水处理。由于太阳能属于再生能源及绿色能源，并且TiO2化学稳定性高、无毒、氧化能力强，可重复利用，在光催化降解处理污水领域应用广泛，光催化氧化技术近年来逐渐成为最受重视的污水治理新技术。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用磁流体并结合太阳能技术对废液进行处理的分析装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析装置，包括外壁布有磁感线圈的管体，沿管腔内液体的流动方向，
若干与超声波流量计连接的反射平板布设于管腔的前端，
若干与光栅光谱仪连接的光纤探头布设于管腔的后端，
所述管体顶部，正对光纤探头，设有光照器。
上述光照器包括反射镜和太阳模拟器，
所述太阳模拟器的光线经反射镜反射后，垂射管体。
上述反射平板为高反射率平板，且板面水平于管体轴。高反射率平板用来反射超声波，设置时板面与主流方向一致，平板对光尽量不产生影响，制作时，尺寸尽可能小。
上述管体底部设有若干支架。
上述液体包括TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体与碱性印染废水。
上述管体通透。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析装置，液体自反应器入口流入后，便可在水平布置的反应器（管体）内顺序完成催化剂颗粒的浓度分布分析和光子吸收的测量；TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体的使用避免了大量化学药剂的消耗和造成废物堆积和二次污染；太阳能属于再生能源及绿色能源，而利用TiO2/PANI/Fe3O4等化合物突出了稳定性高、无毒、可重复利用等优点。
本发明采用磁流体、超声波和光栅进行废水的固液相流分析，同时通过太阳能完成催化降解反应，设备结构紧凑，便于操作，可更好的利用太阳能技术，完成印刷废水的相流分析和处理。
附图说明
图1为本发明的分析装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、光栅光谱仪，2、超声波流量计，3、支架，4、高反射率平板，5、管体，6、磁感线圈，7、光纤，8、光纤探头，9、太阳模拟器，10、反射镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析装置，反应器的主体为水平放置、两端开口的管体，一端为液体的进口，另一端为液体的出口；管体的外壁均布若干组磁感线圈；管体底部设有若干支架。
于管腔内，沿液体流动方向，管腔的前端水平布设若干与超声波流量计连接的的高反射率平板；管腔的后端布设若干通过光导纤维，与光栅光谱仪连接的光纤探头，且，于管体顶部正对光纤探头，设有由反射镜和太阳模拟器构成的光照器，太阳模拟器的光线经反射镜反射后，垂射管体。
分析时，
将TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体与碱性印染废水通过扰流子充分搅动均匀后由管体的进口端输入。
S1、通过调节磁感应线圈内电流的强度来控制反应器内的磁场强度；在不同的磁场强度下，磁流体中微粒的沉降速度有所不同，通过改变磁场强度从而改变催化剂的浓度。
S2、利用超声波流量计测量催化剂颗粒流过高反射率平板后的颗粒物数量，以此获得不同位置处的催化剂颗粒浓度；催化剂颗粒浓度越高，光催化降解反应效果越好。
S3、通过太阳模拟器释放光源，通过反射镜面对官腔中的液体进行催化降解；光催化降解反应效果可通过检测印染废水的pH值来获得；光强给光催化降解反应提供了条件；在不同光强下，催化降解速率也有所不同。
S4、通过光栅光谱仪检测进入光导纤维的光子数，并考虑光导纤维的接收角，以计算该处的光子分布数。通过光子分布数可以反映光的强弱性，从而获得光催化降解反应最佳的位置。
通过测量获得以上数据，
1、催化剂浓度越高，光催化降解反应效果越好，超声波流量计测量催化剂浓度可以获得管腔内催化效果最好的位置。
2、测量光子数，计算该处的光子分布数，可以得知该处的光的强弱效果，从而得知管腔内降解效果最好的位置。
3、测量所获得的数据，可以实现磁流体在太阳能催化降解下对固-液两相流的分析，并获得管腔内催化降解反应效果的分布位置。
测量时，为了降低外界测量装置对主流的影响，光强的测量以及浓度的测量位置需要有足够的距离，以使得主流能够恢复原态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析方法，其特征在于，采用磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析装置，该分析装置包括外壁布有磁感线圈的管体，沿管腔内液体的流动方向，
若干与超声波流量计连接的反射平板布设于管腔的前端，
若干与光栅光谱仪连接的光纤探头布设于管腔的后端，及
所述管体顶部，正对光纤探头，设有光照器；
所述光照器包括反射镜和太阳模拟器，
所述太阳模拟器的光线经反射镜反射后，垂射管体；
所述反射平板为高反射率平板，且板面平行于管体轴；
利用上述分析装置进行磁流体光催化反应器内固-液两相流的分析方法，包括：
将TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体与碱性印染废水通过扰流子充分搅动均匀后由管体的进口端输入；
S1、通过调节磁感应线圈内电流的强度来控制反应器内的磁场强度；在不同的磁场强度下，磁流体中微粒的沉降速度有所不同，通过改变磁场强度从而改变催化剂的浓度；
S2、利用超声波流量计测量催化剂颗粒流过高反射率平板后的颗粒物数量，以此获得不同位置处的催化剂颗粒浓度；催化剂颗粒浓度越高，光催化降解反应效果越好；
S3、通过太阳模拟器释放光源，通过反射镜面对管腔中的液体进行催化降解；光催化降解反应效果通过检测印染废水的pH值来获得；光强给光催化降解反应提供了条件；在不同光强下，催化降解速率也有所不同；
S4、通过光栅光谱仪检测进入光导纤维的光子数，并考虑光导纤维的接收角，以计算该处的光子分布数；通过光子分布数可以反映光的强弱性，从而获得光催化降解反应最佳的位置。
2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述管体底部设有若干支架。
3.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述管体通透。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1455865A (zh) * 2001-01-22 2003-11-12 帝人株式会社 利用超声波测定气体浓度和流量的装置及方法
CN101281237A (zh) * 2008-05-15 2008-10-08 上海交通大学 基于磁流体折射率改变检测磁场变化的装置

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