CN202625889U

CN202625889U - 一种可见光催化的水处理浮体装置

Info

Publication number: CN202625889U
Application number: CN2012201909709U
Authority: CN
Inventors: 张哲娟; 孙卓; 潘丽坤; 张訚怿
Original assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd; East China Normal University
Current assignee: SUZHOU JINGNENG TECHNOLOGY Co Ltd; East China Normal University
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-05-02

Abstract

本实用新型公开了一种可见光催化的水处理浮体装置，包括基体和设置于所述基体上的光催化反应模组与辅助光源，所述辅助光源包括LED照明光源组和电源装置。本实用新型公开的一种可见光催化的水处理浮体装置，日照充足时用太阳光进行光催化，同时利用太阳能光伏电池或其他供电设备对蓄电池充电，在夜间或光照不足时蓄电池供电给LED照明光源组，用LED照明光源进行光催化，从而实现24小时的全天候光催化水净化工作，大大提高了光催化效率。

Description

一种可见光催化的水处理浮体装置

技术领域

本实用新型涉及一种可见光催化的水处理装置，具体涉及一种利用辅助电源和LED光源相结合的全天候可见光催化水处理净化装置。

背景技术

随着社会经济的高速发展和城市化建设的加速，我们生活的环境水污染问题也日益严重。污水的处理再利用和空气中有害物质的去除等问题，引起了各国政府和人们的高度重视。光催化是兴起于上世纪70 年代的一种污染物去除工艺，该工艺具有反应条件温和、操作简单、适用范围广等特点，已经广泛应用于天然难降解有机物，或染料、有机卤化物和其他人工合成的难降解的污染物。

目前，已开发了多种类型的光光催化反应器，其中大多数反应器都采用TiO₂作为光催化材料，光源为太阳光或紫外光灯。TiO₂主要以两种形态存在，一种是以粉末悬浮于溶液中；另一种是被固定于不锈钢丝网或玻璃纤维网或玻璃片等载体上，这些载体再被固定在反应器中。无论是以上那种形态，该类的光催化水处理装置主要是利用了TiO₂在紫外光作用下，因TiO2能带结构与紫外光匹配而吸收光子并产生电子，从而分解污染物质。该方法存在一定的应用局限性，一方面太阳光辐射到地面的紫外光部分仅占总光辐射的4%左右，使得太阳能的利用率很低。

传统TiO₂基体的光催化装置一般只能利用波长在420nm以下的光去除有机污染物，若要实现全天候的光催化功能，晚上则需采用紫外荧光灯进行辐照。紫外荧光灯通常寿命较短且功耗较大，若采用太阳能电池板供电，系统配置功率较大，成本较高。另一方面，紫外荧光灯易碎易损带有汞污染，因此不是最佳的光催化方案。虽然也有采用如专利CN201907987U ，CN201640592U所属的LED紫外灯阵列作为光源减小功耗的装置，长期使用虽然可以起到连续光催化分解作用，但因紫外LED光源的发光效率较低，且成本很高，不易于规模化应用。

近年来，为了充分利用太阳光，许多研究者通过对TiO₂进行非金属离子N 等掺杂或低能带半导体CdS 等耦合改性，扩展其对可见光的响应范围。有效的激发光源在半导体光催化技术中起着至关重要的作用。目前，研究者一般采用高压汞灯和金卤灯做作为激发光源，如专利（CN1107650C、CN1305561C、15 CN1587085、CN1403384）等均采用传统的汞气体等离子体灯，它们存在着体积大、易碎、结构复杂，自身发热量大、能耗大、光源使用寿命短等缺点，且废弃后易造成环境污染。LED 光源作为一种新型的光源，具有长寿命、节能、环保、微型化，且波长易调等优点，为光催化技术在环境科学领域的实际应用带来了可能性。专利（CN101776588A）公开了一种低能耗高稳定液相LED 光催化反应系统，该系统采用特定波长为254，310，365，400，430，450，500，530，600，700 nm 等单色紫外或可见光的LED 灯，功率可调，热辐射较小，克服了传统氙灯容易发热的缺点。但该专利设计的系统采用的光源是某一定值波长的LED 灯，光谱窄，光通量小，应用在光催化时总的效率较低。

鉴于以上利用传统紫外光（汞灯）或定波长（LED）净化机理的弊端，一种可以全天候利用LED光源的低成本提高水净化效率的水处理装置亟待出现。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开了一种利用连续波长的全天候可见光催化的水处理浮体装置，并将太阳能电池与低功耗的LED光源相结合，可实现全天候连续净化的水处理功能。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型公开了一种可见光催化的水处理浮体装置，包括基体和设置于所述基体上的光催化反应模组与辅助光源，所述辅助光源包括LED照明光源组和电源装置。

优选的，所述电源装置由太阳能光伏电池、油气发电机、水力发电机、风能发电机或固定电网一种或数种的组合和蓄电池电连接组合而成。

优选的，所述基体上表面有窗口，所述窗口下方安装所述光催化模组，所述模组下方和/或侧面或纵轴方向安装有所述LED照明光源组。

优选的，所述窗口上覆盖有透光板。

优选的，所述基体通过浮力载体浮于水面，所述基体周围至少设置一个所述浮力载体。

优选的，所述基体通过浮力载体浮于水面，所述浮力载体周围至少设置一个所述可见光催化的水处理浮体装置。

优选的，所述基体下方两侧有过滤网板。

优选的，所述光催化反应模组由基板和固定于所述基板两面的光催化基片组成。

优选的，所述基板安装方向与水流方向一致。

从上述方案可以看出，本实用新型公开的一种全天候可见光催化的水处理浮体装置，日照充足时用太阳光进行光催化，同时利用太阳能光伏电池或其他供电设备对蓄电池充电，在夜间或光照不足时蓄电池供电给LED照明光源组，用LED照明光源进行光催化，当出现连续阴天的情况下，借用水流能量，通过其他供电设备对蓄电池充电，再供电给LED光源，从而实现24小时的全天候光催化水净化工作，大大提高了光催化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3（a）为本实用新型可见光催化的水处理浮体装置与船只的两侧连接的示意图；图3（b）为本实用新型可见光催化的水处理浮体装置与船只的船头与船尾连接的示意图；

图中数字所表示的相应部件名称：

1、太阳能电池板 2、透明玻璃板 3、耐腐蚀基体 4、蓄电池 5、浮筒装置 6、白光LED照明光源组 7、LED光源安装基板 8、过滤网板 9、光催化薄膜材料 10、光催化基板 11、抛锚装置 12、光电控制系统 13、水力发电装置 14、光催化模组固定件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开的一种全天候可见光催化的水处理浮体装置，通过承载力大于80公斤的浮筒装置5浮于水面上，对于流动性较大了水体，可采用抛锚装置11对整个系统进行固定。日间太阳光通过透明玻璃板2直接照射由光催化基板10和光催化薄膜材料9组成的光催化反应模组，同时通过太阳能板1对蓄电池4充电。日照充足情况下，由光电控制系统12控制固定于基板7上白光LED照明光源组6不工作；当日照不足和夜间，通过光电控制系统12控制白光LED照明光源组6工作，为光催化反应模组提供光源。当出现连续阴天的情况下，借用水流能量，通过水力发电装置13，对蓄电池充电，再供电给LED光源，从而实现装置连续24小时的全天候光催化水净化工作。

或者为了进一步了解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

如图1所示，全天候可见光催化的太阳能水处理浮体装置，采用耐腐蚀的聚四氟乙烯板或不锈钢板为基体3，通过圆柱形浮筒5将整个装置托于水面，浮筒浮力约200公斤，可支撑装置的总重。硅基太阳能电池板1以15-30度的倾斜角安装于基体3上表面，太阳能电池的功率约200W。如图2所示基体3的中间开一个矩形空洞，空洞下方安装凹矩形支架，用来放置光催化反应模组。光催化反应模组由数10块涂覆有光催化剂的FTO玻璃板或者不锈钢片或者有机玻璃或者PET基板组成，光催化基板10是平行垂直放置，可拆卸和更换。光催化反应模组四面的凹矩形支架由不锈钢板或者聚四氟乙烯板制成，形成一个方槽空间，矩形槽的相对两个面采用固定式平板，无孔隙；矩形槽的另外两个相对面由2-3层的过滤网板8组成，以便活水流经该矩形槽，同时还起到过滤网的作用，过滤网板8可通过上提轻松拆卸，便于清洗。在矩形槽的底部装有100W的白光LED照明光源组6。蓄电池4安装在基体下方两侧；在一侧的滤网网板8上安装水力发电机组13，通过水流的运动为蓄电池4充电；装置的下方安装有光电控制系统12，用来控制白天和夜间蓄电池4的充放电状态，以及蓄电池4为100W的LED照明光源6的供电。

该光催化模组中光催化基板，外表面固定了纳米材料和量子点材料相结合的可见光光催化功能薄膜9，该薄膜9主要用于分解水中的有机物。特殊的是，该薄膜9可以减弱水中重金属离子的氧化性，例如将6价隔离子还原为3价隔离子，3价格离子易于其它离子结合形成沉淀，不易以离子状态残留在水中，从而达到净化水的目的。该装置采用的水净化方法无多余的污染浓缩水，避免了污染浓缩水的排放和泄漏等问题。

本实用新型上述实施例中的装置主要漂浮于活水水源表面，可很好的利用活水的流动性，通过太阳能光伏电池和水利发电机组产生电能，通过充放电控制器共同向蓄电池充电。白天太阳光中具有连续光谱的可见光部分作用于光催化模组，从而分解有机物净化水源；夜间蓄电池为高效节能的白光LED光源供电，白光LED光源也具有连续光谱，具有和高的光催化吸收效率，从而实现夜间高效光催化效率。该装置大大提高了光催化过程中的光能利用率，从而提高光催化效率。

当处于非活水源情况下，本实用新型描述的水处理浮体装置可与小型船只相连接，如附图3所示，浮体装置可固定安装于小型船只的两侧、船头和船尾。船只的运动方向与装置水流经的方向一致，通过船只运动，实现水与装置的相对运动，从而实现太阳能光伏电池和水利发电机组共同向蓄电池充电的功能。白天太阳光中具有连续光谱的可见光部分作用于光催化模组，从而分解有机物净化水源；夜间蓄电池为高效节能的白光LED光源供电，白光LED光源也具有连续光谱，具有和高的光催化吸收效率，从而实现夜间高效光催化效率。该装置大大提高了光催化过程中的光能利用率，从而提高光催化效率。

在上述实施例中，基体上方窗口处可以覆盖透明玻璃板，也可覆盖透光的有机玻璃板或树脂板，用来防尘和透光。

LED光源组模组除安装在光催化模组的下方，也可将LED照明光源组安装于光催化模组下的侧面或纵轴方向，具体位置可根据光催化水处理浮体装置的使用环境固定安装。

为蓄电池充电的电源设施可以不仅仅限于太阳能光伏电池或水利发电机，还可以根据可见光催化的水处理浮体装置的使用环境来利用油气发电机、风能发电机或固定电网来给蓄电池充电，也可以达到全天候的进行光催化水处理的目的。

根据光催化水处理浮体装置的体积和重量，可在光催化水处理浮体装置的周围配备一个或多个浮体载体；或者根据浮体载体的浮力，可在浮体载体的四周设置一个或多个光催化水处理浮体装置，在此不作限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，包括基体和设置于所述基体上的光催化反应模组与辅助光源，所述辅助光源包括LED照明光源组和电源装置。

2.根据权利要求1所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述电源装置由太阳能光伏电池、油气发电机、水力发电机、风能发电机或固定电网一种或数种的组合和蓄电池电连接组合而成。

3.根据权利要求1所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述基体上表面有窗口，所述窗口下方安装所述光催化模组，所述模组下方和/或侧面或纵轴方向安装有所述LED照明光源组。

4.根据权利要求3所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述窗口上覆盖有透光板。

5.根据权利要求1、3或4所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述基体通过浮力载体浮于水面，所述基体周围至少设置一个所述浮力载体。

6.根据权利要求1、3或4所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述基体通过浮力载体浮于水面，所述浮力载体周围至少设置一个所述可见光催化的水处理浮体装置。

7.根据权利要求1、3或4所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述基体下方两侧有过滤网板。

8.根据权利要求1、3到4任一所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述光催化反应模组由基板和固定于所述基板两面的光催化基片组成。

9.根据权利要求8所述的可见光催化的水处理浮体装置，其特征在于，所述光催化基板安装方向与水流方向一致。