CN110054250B - 一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用磁流体、光催化的固‑液两相分离装置，沿管腔内液体的流动方向，管体的外壁布有磁感线圈；管体的后端通透，顶部设有垂射管体的光照器；管体的末端垂接锥形滤网。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进口端输入；通过调节线圈内通过不同强度的电流控制管体内的磁场强度；超声波流量计可获得催化剂颗粒浓度情况，光栅光谱仪可计算光子及分布；锥形滤网将固体残渣收集；本发明采用磁流体、超声波和光栅进行废水的固液两相的分离，同时完成光催化降解反应，降解反应效果可通过检测印染废水的pH值获得。设备结构紧凑，便于操作，可利用太阳能，节能绿色，具有很强的实用性。

Description

一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置及方法
技术领域
本发明涉及一种固-液两相分离装置，具体涉及一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置及方法，属于太阳能利用技术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是物化法（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。虽然生物处理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利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置及方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置，沿管腔内液体的流动方向，
管体的外壁布有磁感线圈；
管体的后端通透，顶部设有垂射管体的光照器；
管体的末端接内置锥形滤网的分离管。
上述管体的后端管腔内布设若干与光栅光谱仪连接的光纤探头；
所述光纤探头正对光照器的光线。
上述光照器包括反射镜和太阳模拟器，
太阳模拟器发射的光线经反射镜反射后，垂射管体。
上述管体的前端管腔内布设若干与超声波流量计连接的反射平板。
进一步的，上述反射平板为高反射率平板，且板面平行于管体轴。
上述液体包括混合TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体的待处理废水。
一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离方法，包括以下步骤：
S1、将TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体添加入待处理废水，搅拌，为混合液；
S2、将混合液输入上述的固-液两相分离装置的进口端；
S3、通过调节磁感线圈的磁场强度，调整混合液的“弱絮凝”状态，进而调节后端光的透射性，进而调节光催化的降解效果；
S4、根据超声波流量计测量流经的颗粒物数量，以获得不同位置处的催化剂颗粒浓度；
通过调节步骤S1中的磁流体加入量，调节催化剂的浓度，进而调节后端光催化的降解效果；
通过调节步骤S1中的搅拌速率，调节催化剂的分布，进而调节后端光催化的降解效果；
S5、根据光栅光谱仪检测进入光导纤维的光子数，同时获得光子分布；
通过调整光照器的光强，进而调节光催化的降解效果；
通过调整反射镜的角度，进而调节光子分布；
S6、液体从反应器末端的分离管流出，锥形滤网收集未被降解的固体残渣。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置及方法，液体自反应器入口流入后，便可在水平布置的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；通过调节相关参数，可调整污水的处理效率、效果，并完成固-液两相的分离；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离，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，绿色节能，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置的结构示意图。
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，11、弯头，12、锥形滤网，13、分离管。
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。
一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置，主体为水平放置的通透管体5，其两端开口，一端为液体的进口， 另一端为液体的出口，且出口端为下垂的弯管，端末设有内置锥形滤网12的分离管13；管体5的外壁均布若干组磁感线圈6；管体5底部由若干支架3支撑。
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2连接的的高反射率平板4；管腔的后端布设若干通过光导纤维，与光栅光谱仪1连接的光纤探头8，且，于管体5顶部正对光纤探头8，设有由反射镜10和太阳模拟器9构成的光照器，太阳模拟器9的光线经反射镜10反射后，垂射管体5。
高反射率平板4的板面是用来反射超声波的平板，设置时板面应平行于管体5轴，且与主流方向一致，平板对光尽量不产生影响同时平板的尺寸也尽可能小。
一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离方法，包括如下步骤：
S1、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，
S2、由水平管体5的进口端输入；
S3、反应器外壁的多组磁感应线圈，当施加外加磁场时，磁流体中的微粒会沿磁场方向排成链状，形成“弱絮凝”的状态，即磁性颗粒与液体产生固液两相分离的状态。随着磁场的增强，弱絮凝状态逐渐加剧，固液分离效果更好；
虽然增大磁场可以加剧“弱絮凝”状态，从而促进固液两相的分离，但是随着弱絮凝的加剧，磁流体的光透射性也会减弱，影响太阳能的催化降解效果；
因而可通过线圈内不同强度的电流来控制管体5内的磁场强度，进而调节“弱絮凝”的“浓度”状态，即调节后端光的透射性，进而调节光催化的降解效果；
S4、液体通过官腔，催化剂颗粒流过高反射率的平板后，利用超声波流量计2测量流经的颗粒物数量，以此获得不同位置处的催化剂颗粒浓度情况；催化剂的浓度越高，后端太阳能的催化降解效果更好；
通过调节步骤S1中的磁流体加入量，调节催化剂的浓度，进而调节后端光催化的降解效果；
通过调节步骤S1中的搅拌速率，调节催化剂的分布，进而调节后端光催化的降解效果；
S5、液体通过管体5，通过光栅光谱仪1检测进入光导纤维的光子数，并考虑光导纤维的接收角，由此获得光子分布；
光子数及光子分布可以反应光的强弱性，通过光的强弱可以获得固液分离和催化降解的最佳位置，
通过调整光照器的光强，调节光子数，进而调节光催化的降解效果；
通过调整反射镜10的角度，进而调节光子分布，进而调节局部光催化的降解效果；
S6、经催化降解后的液体通过弯头11，利用重力由锥形滤网12收集未被降解的固体残渣，液体从出口端的分离管13流出，形成固-液分离。
锥状滤网不仅保证了过滤残渣的作用，还能使残渣沿锥状结构滑落堆积，方便取出滤网进行清理且不会堵塞滤眼。较大颗粒由锥状滤网截留，较小颗粒沿滤网的锥面依分离管13的内壁顺流而下。
光催化降解反应效果可通过检测印染废水的pH值来获得。
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)

1.一种利用磁流体、光催化的固-液两相分离装置进行固-液两相分离的方法，其特征在于，该固-液两相分离装置包括：外壁布有磁感线圈的管体，沿管腔内液体的流动方向，
管体的后端通透，顶部设有垂射管体的光照器；及
管体的末端接内置锥形滤网的分离管；
所述管体的后端管腔内布设若干与光栅光谱仪连接的光纤探头；
所述光照器包括反射镜和太阳模拟器，太阳模拟器发射的光线经反射镜反射后，垂射管体；
所述管体的前端管腔内布设若干与超声波流量计连接的反射平板；
利用上述固-液两相分离装置进行固-液两相分离的方法，包括以下步骤：
S1、将TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体添加入待处理废水，搅拌，为混合液；
S2、将混合液输入固-液两相分离装置的进口端；
S3、通过调节磁感线圈的磁场强度，调整混合液的“弱絮凝”状态，进而调节后端光的透射性，进而调节光催化的降解效果；
该“弱絮凝”状态是指：由于反应器外壁设有多组磁感应线圈，当施加外加磁场时，磁流体中的微粒会沿磁场方向排成链状，形成磁性颗粒与液体产生固液两相分离的状态；且随着磁场的增强，弱絮凝状态逐渐加剧，固液分离效果更好；
S4、根据超声波流量计测量流经的颗粒物数量，以获得不同位置处的催化剂颗粒浓度；
通过调节步骤S1中的TiO2/PANI/Fe3O4水基磁流体加入量，调节催化剂的浓度，进而调节后端光催化的降解效果；
通过调节步骤S1中的搅拌速率，调节催化剂的分布，进而调节后端光催化的降解效果；
S5、根据光栅光谱仪检测进入光导纤维的光子数，同时获得光子分布；
通过调整光照器的光强，进而调节光催化的降解效果；
通过调整反射镜的角度，进而调节光子分布；
S6、混合液从反应器末端的分离管流出，锥形滤网收集未被降解的固体残渣。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤探头正对光照器的光线。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射平板为高反射率平板，且板面平行于管体轴。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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
CN103207310A (zh) * 2013-03-14 2013-07-17 天津理工大学 基于闪耀光纤光栅的电流变化检测装置

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