CN110887931B - 一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 - Google Patents
一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110887931B CN110887931B CN201911143547.6A CN201911143547A CN110887931B CN 110887931 B CN110887931 B CN 110887931B CN 201911143547 A CN201911143547 A CN 201911143547A CN 110887931 B CN110887931 B CN 110887931B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sample
- reaction chamber
- photocatalytic
- carbon dioxide
- sample injection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 88
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 60
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 60
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 58
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 58
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 31
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 7
- BTJIUGUIPKRLHP-UHFFFAOYSA-N 4-nitrophenol Chemical compound OC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 BTJIUGUIPKRLHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 3
- 229920000295 expanded polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- VJFCXDHFYISGTE-UHFFFAOYSA-N O=[Co](=O)=O Chemical compound O=[Co](=O)=O VJFCXDHFYISGTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IUYLTEAJCNAMJK-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Co+2] IUYLTEAJCNAMJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/10—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using catalysis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法，属于环境保护监测技术领域。装置包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块，光催化反应模块包括反应室和光催化片，光催化片能在紫外光照射下，催化水样中的有机物生成二氧化碳，二氧化碳检测模块检测光催化反应模块中的生成的二氧化碳的浓度，从而计算得到水样中总有机碳的含量。本发明提供的TOC检测装置，可以便携实时检测某一地点某一时段水样的TOC值。本发明与传统TOC检测仪的燃烧法不同，是利用高效光催化技术在短时间内将有机物矿化为二氧化碳进行检测，在节能环保方面具有较大的意义。
Description
技术领域
本发明属于环境保护监测技术领域，涉及一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法。
背景技术
在水质的各种监测指标中，总有机碳(TOC)可以很直观地来表示水体中有机物的总量，是评价水质有机污染的重要参考指标之一。实验室内传统的TOC仪通常利用的是高温催化燃烧氧化-非色散红外探测(NDIR)的原理，需要水样在有助燃气的条件下分别在900℃的高温燃烧管和150℃的低温燃烧管燃烧矿化，高温管中还需要铂和三氧化钴或三氧化二钴作为催化剂，成本相对较高，占地面积较大，不能运用于野外的实时实地检测。而且，测试样品浓度一般要低于50ppm，在检测高浓度样品时需要高倍数稀释容易形成误差。
光催化技术自1972年，日本科学家Fujishima和Honda首次发表在n-半导体TiO2电极上发现水的光电催化分解的报道以来，TiO2等光催化剂以其独特的光学性质和较高光催化活性，广泛应用于光催化降解污染物领域。光催化技术具有操作简单、能耗低、无二次污染、效率高、对污染物无选择性等优点，在本发明中使用的光催化剂(自掺杂型WO3颗粒负载于TiO2纳米管)已经在我们的多次试验中证明有极强的降解有机污染物能力，可以在紫外光源的照射下，可以将待测水样中的有机污染物降解并矿化成二氧化碳。所以，本发明利用光催化这些优异性能，首创地研发了一种能够检测水质TOC的仪器，
本发明克服了传统TOC检测仪占地面积大、能耗高、易损坏等缺点，利用光催化技术发明了一种可以便携式的TOC检测装置，可以实现野外条件下的实时检测。
发明内容
本发明解决了现有技术中水质总有机碳的测定装置测定结果不准确，需要昂贵的催化剂，且占地面积大的技术缺陷。本发明提供了一种便携式可以在野外实时运用的水质总有机碳的检测装置及检测方法，装置包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块，光催化反应模块能催化水样中的有机物生成二氧化碳，二氧化碳检测模块检测光催化反应模块中的生成的二氧化碳的浓度，从而计算得到水样中总有机碳的含量。本发明检测装置无需提供高温环境，也无需铂、三氧化钴或三氧化二钴这些昂贵的催化剂，本发明成本低廉，耗能少；检测方法检测限较高，且结果准确。
按照本发明的第一方面，提供了一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；
所述进样模块包括进样针和进样装置，所述光催化反应模块包括反应室和光催化片，所述光催化片竖直置于所述反应室中；所述反应室的上表面分布有进样口，所述进样口与进样装置连接，所述进样针用于通过进样装置和进样口将水样注入反应室中的光催化片表面；所述进样装置内部有密封垫片；所述密封垫片在进样针不注入水样时，用于使反应室处于密封状态，所述密封垫片在进样针注入水样时，用于防止反应室中的气体逸出；
所述光催化反应模块还包括紫外光源和石英片，所述石英片与所述反应室密封连接，所述石英片用于使紫外光源发出的紫外光能照射到光催化片表面；
所述二氧化碳检测模块包括防水单元和检测单元，所述防水单元用于将反应室中产生的液滴阻隔在所述检测单元外，所述检测单元用于检测反应室中二氧化碳的浓度。
优选地，所述进样装置包括螺栓和螺母；所述螺栓的上部和下部均有外螺纹结构，下部的外螺纹结构与所述进样口的内螺纹固定连接，上部的外螺纹结构与螺母的内螺纹连接；所述螺栓内部为中空结构，所述密封垫片位于螺栓内部中空结构的横截面上，所述密封垫片上部中空的直径大于下部中空的直径，使密封垫片不易掉出；所述螺母的上表面有进样孔，所述进样针通过该进样孔注入水样。
优选地，所述密封垫片为橡胶垫片。
优选地，所述防水单元为膨化聚四氟乙烯防水透气膜。
优选地，所述光催化片为钛片基底表面覆盖TiO2纳米管，所述TiO2纳米管上负载有WO3颗粒。
按照本发明的另一方面，提供了运用任一所述的光催化便携式水质总有机碳的检测装置进行水质总有机碳的检测方法，包括以下步骤：
S1：进样针通过进样装置和进样口将去离子水注入反应室中的光催化片表面，所述检测单元测得反应室中原始二氧化碳的体积浓度S0；打开紫外光源，使紫外光源发出的紫外光照射到光催化片表面，所述光催化片上的有机物被催化产生二氧化碳，此时所述检测单元测得反应室中的二氧化碳的体积浓度为S0′；
S2：进样针通过进样装置和进样口将待测水样注入反应室中的光催化片表面，所述待测水样的体积与步骤S1中去离子水的体积相同；在紫外光源发出的紫外光的照射下，光催化片表面的待测水样被催化产生二氧化碳，所述检测单元显示的数值持续增长直至稳定后，此时检测单元测得反应室中的二氧化碳的体积浓度为S；
S3：计算所述待测水样中总有机碳的含量ρ，计算公式为：ρ＝[S-S0-(S0′-S0)]*V*Ar(C)/(Vm*V进)，其中，V为所述反应室的体积，Ar(C)等于12，为碳原子的相对原子质量，Vm为24.5L/mol，为常温常压下气体的摩尔体积，V进为所述待测水样的体积。
优选地，所述检测单元利用非色散红外的方法检测反应室中二氧化碳的浓度。
优选地，所述待测水样的体积为10μL-30μL。
优选地，所述待测水样中含有对硝基苯酚。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明提供的TOC检测装置，可以便携实时检测某一地点某一时段水样的TOC值。本发明与传统TOC检测仪的燃烧法不同，是利用高效光催化技术在短时间内将有机物矿化为二氧化碳进行检测，在节能环保方面具有较大的意义。
(2)本发明使用的光催化法与高温催化燃烧法相比，无需提供高温环境，也无需铂、三氧化钴或三氧化二钴这些昂贵的催化剂，本发明成本低廉，耗能少。
(3)本发明与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，检测限较高，水样中的有机碳的含量在800ppm以内都进行进行检测，减小了测试过程中由于稀释导致的误差。
(4)本发明与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，体积微小，可以实现手提式便携，方便环保监督监管部门现场抽查或者野外科研考察需要。
(5)本发明检测方法测试值与水样TOC理论值误差在5％左右，且反复测试的结果具有一致性，说明了本发明装置可以在保证结果的同时多次重复使用。
(6)本发明与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，结构简单，拆卸便宜，方便使用过程中的修理与维护。
附图说明
图1至图3为本发明提供的一种光催化便携式水质总有机碳检测装置结构示意图，图1为正视示意图，图2为侧视示意图，图3为进样装置局部放大图；其中，1-进样针，2-进样装置，3-反应室，4-光催化片，5-进样口，6-密封垫片，7-紫外光源，8-石英片，9-防水单元，10-检测单元，11-螺栓，12-螺母，13-进样孔。
图4为对硝基苯酚溶液检测的矿化图。
图5为实际湖水检测的矿化图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；
所述进样模块包括进样针1和进样装置2，所述光催化反应模块包括反应室3和光催化片4，所述光催化片4竖直置于所述反应室3中；所述反应室3的上表面分布有进样口5，所述进样口5与进样装置2连接，所述进样针1用于通过进样装置2和进样口5将水样注入反应室3中的光催化片4表面；所述进样装置2内部有密封垫片6；所述密封垫片6在进样针1不注入水样时，用于使反应室3处于密封状态，所述密封垫片6在进样针1注入水样时，用于防止反应室3中的气体逸出；
所述光催化反应模块还包括紫外光源7和石英片8，所述石英片8与所述反应室3密封连接，所述石英片8用于使紫外光源7发出的紫外光能照射到光催化片4表面；
所述二氧化碳检测模块包括防水单元9和检测单元10，所述防水单元9用于将反应室3中产生的水汽阻隔在所述检测单元10外，所述检测单元10用于检测反应室3中二氧化碳的浓度。
实施例2
一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；
所述进样模块包括进样针1和进样装置2，所述光催化反应模块包括反应室3和光催化片4，所述光催化片4竖直置于所述反应室3中；所述反应室3的上表面分布有进样口5，所述进样口5与进样装置2连接，所述进样针1用于通过进样装置2和进样口5将水样注入反应室3中的光催化片4表面；所述进样装置2内部有密封垫片6；所述密封垫片6在进样针1不注入水样时，用于使反应室3处于密封状态，所述密封垫片6在进样针1注入水样时，用于防止反应室3中的气体逸出；
所述光催化反应模块还包括紫外光源7和石英片8，所述石英片8与所述反应室3密封连接，所述石英片8用于使紫外光源7发出的紫外光能照射到光催化片4表面；
所述二氧化碳检测模块包括防水单元9和检测单元10，所述防水单元9用于将反应室3中产生的水汽阻隔在所述检测单元10外，所述检测单元10用于检测反应室3中二氧化碳的浓度。
所述进样装置2包括螺栓11和螺母12；所述螺栓11的上部和下部均有外螺纹结构，下部的外螺纹结构与所述进样口5的内螺纹固定连接，上部的外螺纹结构与螺母12的内螺纹连接；所述螺栓11内部为中空结构，所述密封垫片6位于螺栓11内部中空结构的横截面上，所述密封垫片6上部中空的直径大于下部中空的直径，使密封垫片6不易掉出；所述螺母12的上表面有进样孔13，所述进样针1通过该进样孔13注入水样。
所述密封垫片6为橡胶垫片。
所述防水单元9为膨化聚四氟乙烯防水透气膜。
所述光催化片4为TiO2纳米管，所述TiO2纳米管上负载有WO3颗粒。
实施例3
一种水质总有机碳的检测方法，包括以下步骤：
S1：进样针1通过进样装置2和进样口5将去离子水注入反应室3中的光催化片4表面，所述检测单元10测得反应室3中原始二氧化碳的体积浓度S0；打开紫外光源7，使紫外光源7发出的紫外光照射到光催化片4表面，所述光催化片4上的有机物被催化产生二氧化碳，此时所述检测单元10测得反应室3中的二氧化碳的体积浓度为S0′；
S2：进样针1通过进样装置2和进样口5将待测水样注入反应室3中的光催化片4表面，所述待测水样的体积与步骤S1中去离子水的体积相同；在紫外光源7发出的紫外光的照射下，光催化片4表面的待测水样被催化产生二氧化碳，所述检测单元10显示的数值持续增长直至稳定后，此时检测单元10测得反应室3中的二氧化碳的体积浓度为S；
S3：计算所述待测水样中总有机碳的含量ρ，计算公式为：ρ＝[S-S0-(S0′-S0)]*V*Ar(C)/(Vm*V进)，其中，V为所述反应室3的体积，Ar(C)等于12，为碳原子的相对原子质量，Vm为24.5L/mol，为常温常压下气体的摩尔体积，V进为所述待测水样的体积。
所述检测单元(10)优选地检测二氧化碳工作原理为非色散红外(NDIR)，工作温度为0-50℃，工作湿度为0-85％RH不凝结，测量范围为0-10000ppm，附带温度监测功能。
实施例4
步骤一：取去离子水10μL通过所述进样模块的进样针1注入所述光催化反应模块，进样针1可以为微量注射器使去离子水充分浸湿光催化片4，于此同时启动所述二氧化碳检测模块，待所述检测单元10上显示的数值稳定后记录下数值S0＝472ppmv，打开所述光催化反应模块中的紫外光源7，待稳定后记录数值S0′＝447ppmv进行下一步操作，此步骤的目的是排除光照升温后原本溶解在水中的二氧化碳的逸出和原本吸附在光催化剂片上的杂质对检测结果造成影响；
步骤二：取碳浓度为ρ0＝500ppm的对硝基苯酚溶液(PNP溶液)V进＝10μL通过所述进样模块的进样针1注入所述光催化反应模块的光催化剂片4上，使水样充分浸湿光催化片4，打开所述光催化反应模块中的紫外光源7，开始进行光催化反应，每隔5分钟记录一次数值：
S1＝612ppmv,S2＝663ppmv,S3＝678ppmv,S4＝694ppmv,S5＝703ppmv,S6＝704ppmv，发现在30min左右数值趋于稳定；
步骤三：故待测水样中TOC含量：ρ＝[S6-S0-(S0′-S0)]*V*Ar(C)/(Vm*V进)。
其中：
V＝50mL为所述反应室3的体积；
Vm＝24.5L/mol(25℃，101.33kPa)，为气体摩尔体积；
Ar(C)＝12，为C的相对原子质量；
步骤四：如此反复进行4次实验，计算得到待测水样中TOC含量ρ分别为493.7ppm、491.2ppm、507.2ppm和492.1ppm做出图3。
根据对所述实施例的检测结果进行分析：图3为对硝基苯酚溶液(PNP溶液)矿化图。从实验图3可以看出大约在30min左右，水样中的PNP可以完全得到矿化，测试值与水样TOC理论值误差在5％左右，且反复测试的结果具有一致性，说明了本发明装置可以在保证结果的同时多次重复使用。
实施例5
步骤一：取去离子水10μL通过所述进样模块的进样针1注入所述光催化反应模块，进样针1可以为微量注射器使去离子水充分浸湿光催化片4，于此同时启动所述二氧化碳检测模块，待所述检测单元10上显示的数值稳定后记录下数值S0＝400ppmv，打开所述光催化反应模块中的紫外光源7，待稳定后记录数值S0′＝402ppmv，然后进行下一步操作，此步骤的目的是排除光照升温后原本溶解在水中的二氧化碳的逸出和原本吸附在光催化剂片上的杂质对检测结果造成影响；
步骤二：取碳浓度未知的湖水10μL通过所述进样模块的进样针1注入所述光催化反应模块，使水样充分浸湿光催化片4，与此同时启动所述二氧化碳检测模块，打开所述光催化反应模块中的紫外光源7，每隔5分钟记录一次数值：
S1＝502ppmv,S2＝522ppmv,S3＝534ppmv,S4＝536ppmv,S5＝537ppmv,S6＝536ppmv，发现在20min左右数值已经趋于稳定；
步骤三：故TOC含量：ρ＝[S6-S0-(S0′-S0)]*V*Ar(C)/(Vm*V进)。
其中：
V＝40mL为所述反应室3的体积；
Vm＝24.5L/mol(25℃，101.33kPa)，为气体摩尔体积；
Ar(C)＝12，为C的相对原子质量；
步骤四：使用实验室传统的TOC仪用高温催化燃烧法对待测湖水水样TOC进行检测，得到结果C0＝360ppm。通过以上公式计算得到待测水样中TOC含量ρ分别为258.6ppm，根据实验数据绘制图4。
根据对所述实施例的检测结果进行分析：图4为湖水检测的矿化图。从实验图4可以看出大约在20min左右，数值基本稳定，检测已完成，所述发明装置的检测结果与高温催化燃烧的测试基本一致，误差范围在2％以内。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种水质总有机碳的检测方法，其特征在于，用于对含有对硝基苯酚的水样进行检测，包括以下步骤：
S1：进样针（1）通过进样装置（2）和进样口（5）将去离子水注入反应室（3）中的光催化片（4）表面，检测单元（10）测得反应室（3）中原始二氧化碳的体积浓度S0；打开紫外光源（7），使紫外光源（7）发出的紫外光照射到光催化片（4）表面，所述光催化片（4）上的有机物被催化产生二氧化碳，此时所述检测单元（10）测得反应室（3）中的二氧化碳的体积浓度为S0′；
S2：进样针（1）通过进样装置（2）和进样口（5）将待测水样注入反应室（3）中的光催化片（4）表面，所述待测水样中含有对硝基苯酚；所述待测水样的体积与步骤S1中去离子水的体积相同；在紫外光源（7）发出的紫外光的照射下，光催化片（4）表面的待测水样被催化产生二氧化碳，所述检测单元（10）显示的数值持续增长直至稳定后，此时检测单元（10）测得反应室（3）中的二氧化碳的体积浓度为S；
S3：计算所述待测水样中总有机碳的含量ρ，计算公式为：ρ=[S- S0-（S0′-S0）]*V*Ar（C）/(Vm*V进)，其中，V为所述反应室（3）的体积，Ar（C）等于12，为碳原子的相对原子质量，Vm为24.5 L/mol，为常温常压下气体的摩尔体积，V进为所述待测水样的体积；
所述检测方法利用光催化便携式水质总有机碳的检测装置进行，该装置包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；
所述进样模块包括进样针（1）和进样装置（2），所述光催化反应模块包括反应室（3）和光催化片（4），所述光催化片（4）竖直置于所述反应室（3）中；所述光催化片（4）为钛片基底表面覆盖TiO2纳米管，所述TiO2纳米管上负载有WO3颗粒；所述反应室（3）的上表面分布有进样口（5），所述进样口（5）与进样装置（2）连接，所述进样针（1）用于通过进样装置（2）和进样口（5）将水样注入反应室（3）中的光催化片（4）表面；所述进样装置（2）内部有密封垫片（6）；所述密封垫片（6）在进样针（1）不注入水样时，用于使反应室（3）处于密封状态，所述密封垫片（6）在进样针（1）注入水样时，用于防止反应室（3）中的气体逸出；
所述光催化反应模块还包括紫外光源（7）和石英片（8），所述石英片（8）与所述反应室（3）密封连接，所述石英片（8）用于使紫外光源（7）发出的紫外光能照射到光催化片（4）表面；
所述二氧化碳检测模块包括防水单元（9）和检测单元（10），所述防水单元（9）用于将反应室（3）中产生的液滴阻隔在所述检测单元（10）外，所述防水单元（9）为膨化聚四氟乙烯防水透气膜，所述检测单元（10）用于检测反应室（3）中二氧化碳的浓度；
所述进样装置（2）包括螺栓（11）和螺母（12）；所述螺栓（11）的上部和下部均有外螺纹结构，下部的外螺纹结构与所述进样口（5）的内螺纹固定连接，上部的外螺纹结构与螺母（12）的内螺纹连接；所述螺栓（11）内部为中空结构，所述密封垫片（6）位于螺栓（11）内部中空结构的横截面上，所述密封垫片（6）上部中空的直径大于下部中空的直径，使密封垫片（6）不易掉出；所述螺母（12）的上表面有进样孔（13），所述进样针（1）通过该进样孔（13）注入水样。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述密封垫片（6）为橡胶垫片。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测单元（10）利用非色散红外的方法检测反应室（3）中二氧化碳的浓度。
4.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述待测水样的体积为10 μL-30 μL。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911143547.6A CN110887931B (zh) | 2019-11-20 | 2019-11-20 | 一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911143547.6A CN110887931B (zh) | 2019-11-20 | 2019-11-20 | 一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110887931A CN110887931A (zh) | 2020-03-17 |
| CN110887931B true CN110887931B (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=69748154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911143547.6A Active CN110887931B (zh) | 2019-11-20 | 2019-11-20 | 一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110887931B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114062631B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-07-14 | 河南省化工研究所有限责任公司 | 一种水体中总有机碳含量检测的分析设备 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2522859Y (zh) * | 2002-01-30 | 2002-11-27 | 武汉大学 | 一种测量水中总有机碳的装置 |
| CN2570774Y (zh) * | 2002-09-28 | 2003-09-03 | 武汉元素科技发展有限公司 | 一种闭路循环式总有机碳分析装置 |
| CN201015734Y (zh) * | 2006-12-28 | 2008-02-06 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 用于光催化反应研究的装置 |
| CN201034986Y (zh) * | 2007-02-13 | 2008-03-12 | 西南科技大学 | 气密进样针及其联结装置 |
| CN101793903A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-08-04 | 苏州埃兰分析仪器有限公司 | 多形态样品通用进样装置 |
| CN103395858A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-11-20 | 河北科瑞达仪器科技股份有限公司 | 一种检测水中总有机碳含量的紫外线催化器 |
| CN206583620U (zh) * | 2017-02-20 | 2017-10-24 | 中国神华能源股份有限公司 | 进样针 |
| CN107727435A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 新疆电力建设调试所有限责任公司 | 总有机碳在线检测取样装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103071482A (zh) * | 2013-01-28 | 2013-05-01 | 江苏苏美仑智能科技有限公司 | 三氧化钨/二氧化钛空心复合纳米管、制备方法 |
| CN204134648U (zh) * | 2014-10-24 | 2015-02-04 | 广州贝特缪斯能源科技有限公司 | 一种可见光光催化材料 |
| CN105582906A (zh) * | 2014-10-24 | 2016-05-18 | 广州贝特缪斯能源科技有限公司 | 一种可见光光催化材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-11-20 CN CN201911143547.6A patent/CN110887931B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2522859Y (zh) * | 2002-01-30 | 2002-11-27 | 武汉大学 | 一种测量水中总有机碳的装置 |
| CN2570774Y (zh) * | 2002-09-28 | 2003-09-03 | 武汉元素科技发展有限公司 | 一种闭路循环式总有机碳分析装置 |
| CN201015734Y (zh) * | 2006-12-28 | 2008-02-06 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 用于光催化反应研究的装置 |
| CN201034986Y (zh) * | 2007-02-13 | 2008-03-12 | 西南科技大学 | 气密进样针及其联结装置 |
| CN101793903A (zh) * | 2010-02-10 | 2010-08-04 | 苏州埃兰分析仪器有限公司 | 多形态样品通用进样装置 |
| CN103395858A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-11-20 | 河北科瑞达仪器科技股份有限公司 | 一种检测水中总有机碳含量的紫外线催化器 |
| CN206583620U (zh) * | 2017-02-20 | 2017-10-24 | 中国神华能源股份有限公司 | 进样针 |
| CN107727435A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-23 | 新疆电力建设调试所有限责任公司 | 总有机碳在线检测取样装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110887931A (zh) | 2020-03-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Verbruggen et al. | Factors driving the activity of commercial titanium dioxide powders towards gas phase photocatalytic oxidation of acetaldehyde | |
| Erme et al. | Metal oxides as catalysts and adsorbents in ozone oxidation of NO x | |
| CN110887931B (zh) | 一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法 | |
| US11266949B2 (en) | Device for testing performance of photocatalytic ozonation in degradation of volatile organic compounds and method of operating same | |
| CN111007058A (zh) | 氮氧化物和臭氧一体化分析仪 | |
| CN110987911A (zh) | 基于化学发光法的臭氧分析方法及臭氧分析仪 | |
| CN104492253A (zh) | 光电催化二氧化碳还原反应装置和应用 | |
| CN1621844A (zh) | 二氧化钛薄膜自洁净玻璃光催化活性检验方法 | |
| CN101162222A (zh) | 用于测试新材料降解尾气性能的试验装置 | |
| CN108181301A (zh) | 一种检测一氧化碳气体的传感器装置及其分析方法 | |
| Milam-Guerrero et al. | Nitrous oxide is no laughing matter: a historical review of nitrous oxide gas-sensing capabilities highlighting the need for further exploration | |
| Robbiani et al. | Physical Confounding Factors Affecting Gas Sensors Response: A Review on Effects and Compensation Strategies for Electronic Nose Applications | |
| Ferreira Santos et al. | Photochemical and photocatalytic degradation of 1‐propanol using UV/H2O2: Identification of malonate as byproduct | |
| JP4711730B2 (ja) | 光触媒活性測定装置及び方法 | |
| Skillen et al. | Photocatalytic radical species: An overview of how they are generated, detected, and measured | |
| Pham et al. | Simultaneous production of gaseous fuels with degradation of Rhodamine B using a 40 kHz double-bath-type sonoreactor | |
| CN109503577B (zh) | 一种锰基金属有机凝胶的制备及其在催化鲁米诺-过氧化氢化学发光中的应用 | |
| CN103913448A (zh) | 光催化反应产生羟基自由基的实时动态检测系统 | |
| CN201015734Y (zh) | 用于光催化反应研究的装置 | |
| Chaisiwamongkhol et al. | Development of gas flow reactor with on-line monitoring system for nitrogen dioxide removal | |
| CN104043384A (zh) | 一种新型光催化反应测量装置 | |
| CN203291845U (zh) | 一种具有温度和湿度测量功能的光催化反应装置 | |
| US20220072501A1 (en) | Carbon dioxide photo-reactor | |
| Hadi et al. | The impact of operational factors on degradation of formaldehyde as a human carcinogen using Ag3 PO4/TiO2 photocatalyst | |
| CN110927093A (zh) | 一种基于迈克尔逊型红外光谱技术的气体探测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |