CN114160072A - 一种光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光催化反应器，包括：腔体，在腔体底侧一端、顶侧的另一端分别设介质进口和介质出口，所述腔体的内侧壁顶壁及内侧壁底壁均布设有多个导流突起，进而在介质进口与介质出口之间形成介质经行通道，在腔体的相对的两个侧面中部设有至少一个安装孔，在安装孔的外侧设有固定座；至少一支光催化用照射灯管，通过灯管灯头与固定座卡接的方式布设于腔体中部，腔体的内侧壁及导流突起表面均至少部分涂覆有催化剂涂层。本发明具有以下有益效果：1.具有更高的催化效率，气相或液相待处理介质在反应器内的通行时间延长，与催化剂的接触面积增大，催化剂接受到光源照射覆盖度良好；2.实现体积减小、能耗降低、对环境友好、成本降低。
Description
技术领域
本发明属于光催化领域，具体涉及一种光催化反应器。
背景技术
环境和气候变化是人类社会所面临的共同问题，其中，空气和水污染问题在发展中国家尤为突出，尤其是近年来重大破坏性环境事件频发，使得对环境气体和水的有效治理变得尤为紧迫。
光催化技术应用广泛，其中包括用于对受到污染的气相或液相介质的处理。光催化反应器是发挥光催化作用的核心装置，光催化反应产生的强自由基，可降解进入该装置的气相或液相介质中所含有的机物或化学染料等；光催化通常所采用的紫外线光源所发出的高能紫外线及光催化所产生的自由基也可对进入反应器的气相或液相介质中的微生物进行灭活处理，从而还能发挥灭菌效应。用于光催化反应器的光源多采用紫外线光源，近年来模拟可见光光源也不断有尝试用作光催化反应器所用光源，以期拓展光催化应用的实用性。发挥催化作用的材料多采用的是含二氧化钛或含金属基的催化剂或生物催化剂等。
影响光催化反应器效率的因素很多，如光源(包括：光源强度、波段、光照方式、照射角度、覆盖范围、光源的排布等)、催化剂(包括：催化剂种类、粒径、孔隙、厚度、耐候性、类型与载体等)、通道设计及催化剂的分布(包括：待处理气相或液相介质与催化剂的接触时间、面积、接触角度、反应效率、反应后介质的排出与进入方式等)；待处理物质的性质(如：有机物的组成、初始浓度、有机物特性等)、温度、气相或液相流体力学特征和其与催化剂的接触面积、停留时间等因素对反应器的运行都有影响，反应器的整体设计需要综合考虑上述因素。
围绕催化剂的技术改进是光催化反应器领域重点关注和研究的方向。在催化剂种类上，包括短波长的紫外线激发及模拟可见光波长可激发的不同类型的催化剂不断被研发并推向市场，生物催化材料也屡有新的突破。而在催化剂的应用上，为提高光催化反应器的处理效能，催化剂负载于净污载体的方式被更广泛地采用，并被发现某些净污载体能有效提高催化剂的催化效率。但目前常用的净污载体如多孔矿物、生物炭材料透光性差，纳米光催化剂负载后只能在表面发挥作用，因内部空隙缺少光照而无法启动光催化反应，成为限制纳米光催化剂在光催化应用中的难题；另外，目前常用的铝蜂窝、生物炭蜂窝材料作为载体的方式，即使载体的厚度不大也很难满足蜂窝内不同部位能接受到足够的光源的有效照射，因此大大影响了实际的处理效果。
在光源方面，人们侧重在光源种类及其与催化剂激发波长的研究上，可见光激发催化材料被认为是光源突破的重点。但由于可见光光子能量较低，成为制约该类研发进展的难题。在如何提高紫外线光源的照射效率上，目前相关研究相对较少，研究内容也多在光源的布设上，但更为高效的照射方式尚有待研究。
发明内容
针对目前光催化反应器在光源与催化剂相互配合及因光照造成的光催化效率上存在的不足之处，本发明公开了一种光催化反应器，其通过导流设计，改变气相或液相待处理介质在反应器内的通行路径，将介质导向与光源长轴方向或光源主体发光照射平面形成一定角度(流道与光源之间的夹角＜90°)的方式向前通行，使介质围绕光源长轴方向或光源主体发光照射平面方向，反复连续成角折返前行，提高了介质通行的实际距离和被处理的时间。同时在反应器腔体内侧壁和导流突起表面采用表面负载催化剂或表面设置镜面铝板、镜面银板、铝反射膜等处理，以增加介质与催化材料的接触时间和接触面积。该方式下催化材料接受光源照射基本无遮挡，催化剂和介质能更好地接受到光源的有效照射，提高了照射的覆盖度和保证了一定的照射强度。另外，该方式还同时可以提高介质接受光催化处理的均匀性。
技术方案：一种光催化反应器，包括：
腔体，在腔体底侧一端、顶侧的另一端分别设有介质进口和介质出口，所述腔体的内侧壁顶壁及内侧壁底壁均布设有多个导流突起，进而在介质进口与介质出口之间形成介质经行通道，在腔体的相对的两个侧面中部设有至少一个安装孔，在安装孔的外侧设有固定座；
至少一支光催化用照射灯管，通过灯管灯头与固定座卡接的方式布设于腔体中部，其中：
腔体的内侧壁及导流突起表面均至少部分涂覆有催化剂涂层。
进一步地，多个导流突起沿着光催化用照射灯管的轴向排布。
进一步地，所述光催化用照射灯管的形状为直管形、U形、类U形、M形、类M形、圆形、类圆形、圆盘形、类圆盘形、回字形、类回字形、弧形、N形、类N形、H形、类H形、多道折弯的不规则形状中的一种。
进一步地，所述光催化用照射灯管为高压汞灯、中压汞灯、低压汞灯、脉冲氙灯、钠灯、金属卤化灯、准分子灯、LED光源中的一种。
进一步地，所述催化剂涂层中含二氧化钛催化剂、含金属Mn催化剂、含钯催化剂、含铝催化剂、含铜催化剂、含铁催化剂、含镍催化剂、含锌催化剂、生物酶催化剂中的一种。
进一步地，在反应器内侧壁与导流突起表面未涂覆催化剂涂层的部位设有镜面铝板或镜面银板或铝反射膜。镜面铝板或镜面银板或铝反射膜的设置为了提高紫外线的照射强度、照射覆盖范围、光的反射和照射均匀性。
进一步地，所述腔体的形状为长方体、正方体、圆柱体、棱柱、圆台中的一种。
进一步地，导流突起为片状、棱柱、圆弧柱的一种或其组合，导流突起与灯管相离；导流突起中间为圆凹状包绕灯管或部分包绕灯管。
进一步地，包括一支光催化用照射灯管。
进一步地，包括多支光催化用照射灯管，多支光催化用照射灯管为以串联形式排布，或以并联形式排布，或以既有串联也有并联的排布形式排布。
有益效果：本发明公开的一种光催化反应器具有以下有益效果：
1.具有更高的催化效率，气相或液相待处理介质在反应器内的通行时间延长，与催化剂的接触面积增大，催化剂接受到光源照射覆盖度良好(避免了目前常用光催化反应器光有效照射覆盖度不足，部分催化剂不能很好接受到照射的缺点)；
2.具有实现体积减小、能耗降低、对环境友好、成本降低等优点。
附图说明
图1为本发明公开的一种光催化反应器的一个实施例的示意图；
图2为图1所示的一种光催化反应器的中间部分的内部示意图；
其中：
1-腔体 2-介质进口
3-介质出口 4-光催化用照射灯管
5-介质经行通道 6-导流突起
7-灯管灯头 8-固定座
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种光催化反应器，包括：
腔体1，在腔体1底左一端、顶侧的右端分别设有介质进口2和介质出口3，腔体1的内侧壁顶壁及内侧壁底壁均布设有三个导流突起6，进而在介质进口2与介质出口3之间形成介质经行通道5，在腔体1的相对的左右侧面中部设有一个安装孔，在安装孔的外侧设有固定座8；
一支光催化用照射灯管4，通过灯管灯头7与固定座8卡接的方式布设于腔体1中部，其中：
腔体1的内侧壁及导流突起6表面均涂覆有催化剂涂层。
进一步地，多个导流突起6沿着光催化用照射灯管4的轴向排布。
进一步地，光催化用照射灯管4的形状为直管形。
进一步地，光催化用照射灯管4为高压汞灯。
进一步地，所述催化剂涂层为含二氧化钛催化剂的涂层。
进一步地，在反应器内侧壁与导流突起6表面未涂覆催化剂涂层的部位通过螺栓连接的方式设有镜面铝板。
在另一个实施例中，在反应器内侧壁与导流突起6表面未涂覆催化剂涂层的部位通过螺栓连接的方式设有镜面银板。
在另一个实施例中，在反应器内侧壁与导流突起6表面未涂覆催化剂涂层的部位粘设有铝反射膜。
进一步地，腔体1的形状为长方体，导流突起6为三棱柱，导流突起6与灯管相离。在另一个实施例中，导流突起6的中间为圆凹状包绕灯管。在另一个实施例中，导流突起6中间为圆凹状部分包绕灯管。
处理流程：需经处理的气液相介质经介质进口进入本发明所提出的光催化反应器中，在光催化反应器的侧壁布设有导流突起，将气液相介质导向灯管长轴或灯管主体发光照射平面方向，并与灯管长轴或灯管的主体发光平面形成一定的角度(流道与光源之间的夹角＜90°)的方式向前通行，使介质围绕光源长轴方向或光源主体发光照射平面方向，反复连续成角折返前行。在反应器的腔体内侧壁和导流突起表面有负载催化剂或表面设置镜面铝板、镜面银板、铝反射膜等处理，气液相介质通行过程中，催化剂接受紫外线照射发挥对气液相介质的处理效应；同时，气液相介质自身也接受光源的直接照射而发挥光对气液相介质的直接作用。经处理的气液相介质，最后经介质出口排出反应器。
此外，催化剂层可以是涂覆于腔体或导流突起表面，也可以是催化剂附着于载体表面，载体又通过但不限于粘接、机械螺栓连接、卡接的方式固定于腔体或导流突起表面。
另外，导流突起并非是特别地对导流突起的形状、是否包绕灯管及以何种方式包绕灯管做出限定。导流突起的形状还可有多种不规则形状、多种不同形状结合等形式。
还有，反应器的形状、灯管的固定方式等也可不限于本专利所列种类，还可以有多种形状、固定方式可选择。灯管可以是管径直接置于反应器内，也可以灯管管径外再套一层石英套管的方式置于反应器内。
本发明在使用过程中具有以下优点：
1.腔体侧壁至少有一道导流突起，待处理的气相或液相介质的流动是沿光源长轴方向或光源主体发光照射平面形成一定角度(流道与光源之间的夹角＜90°)的方式向前通行，使介质围绕灯管长轴方向或光源主体发光照射平面方向，成角折返通行，该方式可以确保腔体内侧壁接受到紫外线照射的同时延长了介质的通行时间，也即延长了一定容器下反应器中介质的反应时间。
2.在反应器腔体内侧壁和导流突起表面在无表面催化剂负载的部位，设置镜面铝板、镜面银板、铝反射膜，以增加有效光照。该方式下催化剂和介质能更好地接受到光源的有效照射，提高了照射的覆盖度和保证了一定的照射强度。
3.光催化用照射灯管的放置位置，避免了对光的阻挡，能实现最大限度的照射覆盖面。
实施例2-56
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：光催化用照射灯管的形状及种类不同：
实施例57-64
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：催化剂涂层不同：
| 催化剂涂层 | |
| 实施例57 | 含金属Mn催化剂涂层 |
| 实施例58 | 含钯催化剂涂层 |
| 实施例59 | 含铝催化剂涂层 |
| 实施例60 | 含铜催化剂涂层 |
| 实施例61 | 生物酶催化剂涂层 |
| 实施例62 | 含铁催化剂 |
| 实施例63 | 含镍催化剂 |
| 实施例64 | 含锌催化剂 |
实施例65-90
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：腔体的形状、导流突起的形状不同：
实施例91-93
与实施例1大致相同，区别仅仅在于：采用了多支光催化用照射灯管，且多支光催化用照射灯管采用不同的排布方式：
| 多支光催化用照射灯管采用的排布方式 | |
| 实施例91 | 串联 |
| 实施例92 | 并联 |
| 实施例93 | 既有串联也有并联的排布形式 |
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (10)
1.一种光催化反应器，其特征在于，包括：
腔体，在腔体底侧一端、顶侧的另一端分别设有介质进口和介质出口，所述腔体的内侧壁顶壁及内侧壁底壁均布设有多个导流突起，进而在介质进口与介质出口之间形成介质经行通道，在腔体的相对的两个侧面中部设有至少一个安装孔，在安装孔的外侧设有固定座；
至少一支光催化用照射灯管，通过灯管灯头与固定座卡接的方式布设于腔体中部，其中：
腔体的内侧壁及导流突起表面均至少部分涂覆有催化剂涂层。
2.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，多个导流突起沿着光催化用照射灯管的轴向排布。
3.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，所述光催化用照射灯管的形状为直管形、U形、类U形、M形、类M形、圆形、类圆形、圆盘形、类圆盘形、回字形、类回字形、弧形、N形、类N形、H形、类H形、多道折弯的不规则形状中的一种。
4.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，所述光催化用照射灯管为高压汞灯、中压汞灯、低压汞灯、脉冲氙灯、钠灯、金属卤化灯、准分子灯、LED光源中的一种。
5.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，所述催化剂涂层中的催化剂为含二氧化钛催化剂、含金属Mn催化剂、含钯催化剂、含铝催化剂、含铜催化剂、含铁催化剂、含镍催化剂、含锌催化剂、生物酶催化剂中的一种。
6.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，在反应器内侧壁和/或导流突起表面未涂覆催化剂涂层的部位设有镜面铝板或镜面银板或铝反射膜。
7.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，所述腔体的形状为长方体、正方体、圆柱体、棱柱、圆台中的一种。
8.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，导流突起为片状、棱柱、圆弧柱的一种或其组合，导流突起与灯管相离；导流突起中间为圆凹状包绕灯管或部分包绕灯管。
9.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，包括一支光催化用照射灯管。
10.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于，包括多支光催化用照射灯管，多支光催化用照射灯管为以串联形式排布，或以并联形式排布，或以既有串联也有并联的排布形式排布。
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| CN202111496161.0A CN114160072A (zh) | 2021-12-08 | 2021-12-08 | 一种光催化反应器 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114849618A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-08-05 | 曦赜生物科技(重庆)有限公司 | 一种光催化反应器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205269628U (zh) * | 2016-01-16 | 2016-06-01 | 东北林业大学 | 光催化化学反应装置 |
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-
2021
- 2021-12-08 CN CN202111496161.0A patent/CN114160072A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN205269628U (zh) * | 2016-01-16 | 2016-06-01 | 东北林业大学 | 光催化化学反应装置 |
| CN206064120U (zh) * | 2016-09-05 | 2017-04-05 | 苏州宝典环保科技有限公司 | 光催化装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114849618A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-08-05 | 曦赜生物科技(重庆)有限公司 | 一种光催化反应器 |
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