CN203754462U - 多层填充式光催化反应器 - Google Patents

Abstract

多层填充式光催化反应器，包括一端敞口的外筒体，外筒体的敞口端设有盖板，外筒体内设有敞口端与盖板连接的内筒体，内筒体内设有与盖板连接的管体，管体内设有发光源，盖板上设有与管体内部连通的电源线穿设口以及分别与内筒体和外筒体连通的水样进口和水样出口，内筒体上部设有溢流孔。本实用新型制作简单，使用方便，便于维护，反应器中的光催化剂可以随时更换；该反应器还可以与其它水处理技术联用，达到更好的效果，延长待处理水样在系统中的停留时间，扩大半导体光催化剂颗粒与光线的接触面积和接触均匀性；通过对光催化反应器的改进，进一步提高对光的利用效率。

Description

多层填充式光催化反应器

技术领域

本实用新型属于光催化反应技术领域，尤其涉及一种光催化颗粒与玻璃纤维共混填充的多层填充式光催化反应器。

背景技术

伴随着城市化和工业化的迅速发展，我国的水资源数量和质量都面临着严峻的挑战。目前在纺织、印染、油漆以及皮革等工业中需要使用大量的染料，从而产生高浓度的有色废水。这些染料中往往含有很多有害物质，如果不经处理或者处理不彻底，将会对环境造成严重的危害，甚至可以诱发机体的突变和癌症。半导体光催化是采用光照的方法激发半导体的价带电子，使之跃迁进入导带，在价带形成空穴。由于生成的价带空穴和导带电子分别具有很强的氧化性和还原性，从而可以和吸附在半导体表面的物质分别发生氧化或还原反应，从而成为处理有色废水的有效途径。现有的许多研究都表明，半导体光催化反应还可以用来消除空气中微量的有害气体、溶液中大部分有机物。

在现有的光催化反应器中，实验室常用的是单层反应器。光反应催化剂和待处理水样加入到反应器中，在反应中需要磁力搅拌，以保证光反应催化剂在溶液中均匀分散。中国专利公开号为CN 102258971 A公开了二氧化钛管阵列光催化反应装置，首先在通过钛箔片表面垂直生长二氧化钛纳米，通过箔片的多级串联，从而提高光催化反应的效率。该方法操作简单可行，降解反应效率高。另外，如中国专利公开号为CN 102258989 A的专利公布了一种制备玻璃纤维布负载纳米二氧化钛光催化剂反应器的方法，由于玻璃纤维布强度高、耐腐蚀性好、透光性能好、比表面积大等优点，因此使用寿命长，催化活性高。另外，中国专利公开号为CN 101888894 A的专利还公布了一种装有螺旋形光催化片的光催化反应器，增加了光催化剂与水或空气的接触面积，增强了净化能力。

这些光催化器各有优势，但是总体来说存在以下的不足：光反应催化剂的负载能力有限，附着的稳定性需要进一步提高；有效光催化反应面积小，对光源发出的光线利用率有待进一步提升；制作工艺复杂，不便于维护，适用性有限等。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、负载能力大、稳定性高、光催化反应面积大的多层填充式光催化反应器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：多层填充式光催化反应器，包括一端敞口的外筒体，外筒体的敞口端设有盖板，外筒体内设有敞口端与盖板连接的内筒体，内筒体内设有与盖板连接的管体，管体内设有发光源，盖板上设有与管体内部连通的电源线穿设口以及分别与内筒体和外筒体连通的水样进口和水样出口，内筒体上部设有溢流孔。

所述外筒体、内筒体和管体均由透明的玻璃或石英材料制成，盖板由聚四氟乙烯材料制成，外筒体、内筒体和管体的敞口端的外圆周分别与盖板螺纹连接。

所述外筒体、内筒体和管体同中心线设置，外筒体和内筒体内之间的夹层、内筒体与管体之间的夹层均填充有光催化剂和透明型载体的混合物。

所述透明型载体为玻璃纤维和/或多孔陶瓷。

所述发光源为高压长弧氙灯、卤钨灯或金卤灯。

所述内筒体设有至少两个。

采用上述技术方案，外筒体和内筒体是在传统的冷阱基础上进行改进，最内层为盛放发光源的石英管，外筒体、内筒体和管体同中心线布置，外筒体与内筒体、内筒体和管体之间分别形成一个夹层，（内筒体的数目可以根据需要进一步增加，相邻两个内筒体之间也具有夹层，夹层内也填充有光催化剂和透明型载体的混合物）；在所有的夹层内中填充的是均匀混合的光催化剂和玻璃纤维复合物。由于玻璃纤维具有良好的透光性，不会光产生吸收，从而可以保证光最大程度的被光催化剂吸收，从而发生光催化降解反应。外筒体和内筒体之间通过溢流孔连通，以保证水流顺畅循环。本实用新型可以保证光源发出的光线被最大程度的吸收利用；填充复合光催化剂避免了现有光催化剂和载体之间附着不稳定、催化剂分布不均匀、光催化剂负载量有限、需要加搅拌等问题，并且可以保证光源发出的光线和光催化充分接触，提高了对光线的利用率。

另外，实用新型可以和其它的净水装置联用，如在反应前端或末端加PP棉除去水样中的泥沙等杂质，加活性炭可以部分吸附其中的离子、色素等，如果在填充的复合光催化剂中加入离子交换树脂，还可以改善水的硬度。

外筒体和内筒体内填充的光反应催化剂采用填充式复合光催化剂，即光催化剂与玻璃纤维等载体材料的混合物，克服了单纯光催化剂需要配备搅拌以保证均匀分散的问题。

本实用新型中填充式复合光催化剂的设计可以随意改变光催化剂的比例，提高光催化剂的负载量，无需外力搅拌；并且混合均匀，保证发光源发出的光线和光催化均匀充分接触，使有害物质被充分降解；而多层次的反应的设计则可以保证光线被充分利用。本实用新型制作简单，使用方便，便于维护，反应器中的光催化剂可以随时更换；该反应器还可以与其它水处理技术联用，达到更好的效果，延长待处理水样在系统中的停留时间，扩大半导体光催化剂颗粒与光线的接触面积和接触均匀性；通过对光催化反应器的改进，进一步提高对光的利用效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的多层填充式光催化反应器，包括一端敞口的外筒体1，外筒体1的敞口端设有盖板2，外筒体1内设有敞口端与盖板2连接的内筒体3，内筒体3内设有与盖板2连接的管体4，管体4内设有发光源5，盖板2上设有与管体4内部连通的电源线穿设口6以及分别与内筒体3和外筒体1连通的水样进口7和水样出口8，内筒体3上部设有溢流孔9。

外筒体1、内筒体3和管体4均由透明的玻璃或石英材料制成，盖板2由聚四氟乙烯材料制成，外筒体1、内筒体3和管体4的敞口端的外圆周分别与盖板2螺纹连接。外筒体1和内筒体3的形状为圆筒形，也可以为多棱柱形。

外筒体1、内筒体3和管体4同中心线设置，外筒体1和内筒体3内之间的夹层、内筒体3与管体4之间的夹层均填充有光催化剂和透明型载体的混合物10。

透明型载体为玻璃纤维和/或多孔陶瓷。

发光源5为高压长弧氙灯、卤钨灯或金卤灯。

本实用新型在安装用时，先将发光源5装入管体4的空腔中，导线通过电源线穿设口6引出并与发光源5的电源连接，将管体4的敞口端旋拧在盖板2上；在外筒体1和内筒体3中加入均匀混合的光催化剂和玻璃纤维的混合物10，然后将内筒体3和外筒体1分别旋拧在盖板2上；通过进样装置在水样进口7接入待处理水样，处理完的水样通过水样出口8排出；打开进水和发光源5的开关，即可实现操作。

可以在水样进口7的前端加离子交换树脂和椰壳活性炭过滤装置，将处理过的水样经水样出口8回流至处理前的容器中，即可实现反复循环操作，对一些难处理样品可以采用。

本实用新型在工作使用时，发光源5发出的连续光经过管体4后照射在内筒体3和外筒体1内的光催化剂混合物10以及待处理水样中，由于石英器皿和玻璃纤维对光的透过性较好，因此更好地将光转化为化学能，激发半导体导电电子，从而实现光催化反应的进行。在混合物10中光催化剂的比例可以根据光催化剂的催化效果、降解体系、对光的吸收情况等进行调节；催化剂的混合物10填充在夹层之间，具体的填充密度根据夹层的厚度、进样装置的推动力、对光的吸收情况等进行调节。待处理废水样由水样进口7进入，当水样完全充满内筒体3后，经由溢流孔9进入外筒体1，由于水样连续进入，最终外筒体1被水样充满，并经过水样出口8排出，从而实现连续循环。

当然，内筒体3的数目可以根据需要进一步增加，相邻两个内筒体3之间也具有夹层，夹层内也填充有光催化剂和透明型载体的混合物10。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.多层填充式光催化反应器，其特征在于：包括一端敞口的外筒体，外筒体的敞口端设有盖板，外筒体内设有敞口端与盖板连接的内筒体，内筒体内设有与盖板连接的管体，管体内设有发光源，盖板上设有与管体内部连通的电源线穿设口以及分别与内筒体和外筒体连通的水样进口和水样出口，内筒体上部设有溢流孔。

2.根据权利要求1所述的多层填充式光催化反应器，其特征在于：所述外筒体、内筒体和管体均由透明的玻璃或石英材料制成，盖板由聚四氟乙烯材料制成，外筒体、内筒体和管体的敞口端的外圆周分别与盖板螺纹连接。

3.根据权利要求1或2所述的多层填充式光催化反应器，其特征在于：所述发光源为高压长弧氙灯、卤钨灯或金卤灯。

4.根据权利要求1或2所述的多层填充式光催化反应器，其特征在于：所述内筒体设有至少两个。