CN216005276U - 泰勒涡旋式光催化水处理试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，可用于景观水、污(废)水及黑臭水体净化处理，包括同心设置且可相对旋转的外筒及内筒，所述外筒套设于所述内筒外，所述内筒可全部或部分置于所述外筒内部，所述内筒由电机驱动旋转，所述内筒内设置紫光灯且内筒具有透光性，所述外筒与内筒之间为光催化反应通道其内设置有催化剂，所述外筒上开设有进水口及出水口。本发明公开的一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置及试验方法，通过控制变量法可以非常明确地确定光催化反应中因素对光催化反应的影响情况，能在多次试验中找出最佳试验条件，提高光催化反应效率，并且整体装置结构简单，成本低廉，便于适用，试验方法也简单直接、快速准确。

Description

泰勒涡旋式光催化水处理试验装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置。

背景技术

1972年日本科学家A.Fujishima和K.Honda发现光照的Ti02单晶电极能分解水，引起科技工作者对光诱导氧化还原反应的兴趣，由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的兴趣。

光催化氧化法是将紫外光辐射(UV)和氧化剂结合使用的方法。在紫外光的激发下，氧化剂光分解产生氧化能力更强的自由基(如0H·)和活性氧。羟基自由基具有极高的氧化电极电位(2.80v)，仅次于F(3.06v)。它的电子亲和能力为 596.3KJ，容易进攻高电子云密度点。这决定了0H·进攻具有快速性，并且通过电子转移和加成反应，能够无选择的与水中的污染物发生反应。通过破链断键，将污染物氧化成为二氧化碳、水，部分物质直接矿化成为盐，而不会产生二次污染。这就使得它具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，从而可以氧化

许多单用氧化剂无法分解的难降解有机污染物。紫外光和氧化剂的共同使用，使得光催化氧化无论在氧化能力还是反应速率上，都远远超过利用光诱导产生羟基自由基0H·，是近年来水处理工程关注较多的一种新型高级氧化装置。

因为光催化氧化法具有良好的化学稳定性、机械稳定性、耐光腐蚀、低廉无毒等特性而被广泛地应用于抗污涂料、杀菌、太阳能敏化电池和光催化处理环境污染物等。但是，实际在利用光催化氧化法进行水处理时因为需要利用紫光进行光催化，紫光灯在长期照明下会产生大量的能量消耗；并且在整个光催化反应过程中影响发应速率的因素较多，比如接触面积、流体速度等，也需要通过控制一些定量因素和变量因素的对比来试验得出光催化反应的最佳反应条件。

因此，为解决以上问题，需要一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，能够储存太阳能为紫光灯提供电能，并且便于测试各变量因素对光催化反应速率的影响，从而优化得到最佳反应条件的试验方法，并且整体装置结构简单，成本低廉，便于适用，试验方法也简单直接、快速准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，能够储存太阳能为紫光灯提供电能，并且便于测试各变量因素对光催化反应速率的影响，从而优化得到最佳反应条件的试验方法，并且整体装置结构简单，成本低廉，便于适用，试验方法也简单直接、快速准确。

本发明的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，包括同心设置且可相对旋转的外筒及内筒，所述外筒套设于所述内筒外，所述内筒可全部或部分置于所述外筒内部，所述内筒由电机驱动旋转，所述内筒内设置紫光灯且内筒具有透光性，所述外筒与内筒之间为光催化反应通道其内设置有催化剂，本装置用到的催化剂为悬浮态二氧化钛粉末，所述外筒上开设有进水口及出水口，进水口引入待净化水体。试验时外筒不动，电机带动内筒旋转，两筒间水体形成泰勒涡旋，中心紫光灯作为催化反应的光源，涡旋带动待净化水体与光催化材料充分接触反应且利用水体动态不稳定性和圆柱间环形尺寸的离心不稳定性来提高反应效率。出水口引出净化完成的水体，过滤出悬浮在水中的催化材料并进行净化指标检测。内筒用透明材质，外筒用反光材质提高紫外光利用率，内筒内安置紫光灯作为催化反应的光源，外筒上设有进水口和出水口且通过电线口外接光伏板，光伏板连接紫光灯和发动机，实现光能向电能转化。可根据实际净化效率选择多个反应器串联运作。

进一步，所述光催化反应通道位于所述进水口与出水口之间，确保带净化水体在光催化反应通道内有足够长的催化反应距离，提高光催化反应效率。

进一步，所述电机及紫光灯通过电线口电连接至光伏板，所述光伏板用于吸收太阳能并转化为电能储存，节能环保。

进一步，所述内筒采用透明材料制成，透明材料可以最大程度上保证内筒内紫光灯发出的紫光的穿透性，保证所有光源都能照射到催化剂上。

进一步，所述内筒在电机驱动下相对于外筒旋转使光催化反应通道内的水发生泰勒涡旋。

一种采用前述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置的试验方法，包括试验步骤：

a.取样，提取水初始样本测量水体透明度L、溶解氧Q、氧化还原电位值Eh、水体氨氮含量A、化学需氧量COD、生化需氧量BOD5，并记录初始数据；

b.制备催化剂：将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛)，再经煅烧得到TiO2，以四氯化钛为原料，其反应为：

TiCl₄+4H₂O→Ti(OH)₄+4HCl，

Ti(OH)₄→TiO₂+2H₂O，

或以醇盐为原料，其反应为

Ti(OR)₄+4H₂O→Ti(OH)₄+4ROH，

Ti(OH)₄→TiO₂+2H₂O；制备得到的TiO2即为催化剂；

c.确定定量进行变量试验研究：

c1.将内筒转速设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据不同内筒转速试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、Q₂、 Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找出能使光催化反应效率最高的内筒转速；

c2.将内筒置于外筒内的长度设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据内筒的不同内置长度试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到内筒最佳内置长度，为后续试验提供数据支持；

c3.将内筒直径设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据内筒的不同直径试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、 Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、 A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到内筒最佳直径，为后续试验提供数据支持；

c4.将待净化水在光催化反应通道内停留时间设为变数，确保其余光催化反应条件不变，根据待净化水在光催化反应通道内停留时间不同的试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到净化水在光催化反应通道内的最佳停留时间，为后续试验提供数据支持。

进一步，步骤c中的水体透明度L、溶解氧Q、氧化还原电位值Eh、水体氨氮含量A、化学需氧量COD及生化需氧量BOD5均由出水口引出的水体经过滤掉水体中的催化剂之后测量所得。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，带有光伏板，可以将太阳能转化为电能进行储存，充分利用能量，节约光催化反应时间，同时节能环保，整个泰勒涡旋式光催化水处理试验装置运作过程中提高了光催化反应时水与催化剂接触的界面积，提高了反应效率，通过控制变量法可以非常明确地确定光催化反应中个因素对光催化反应的影响情况，能在多次试验中找出最佳试验条件，提高光催化反应效率，并且整体装置结构简单，成本低廉，便于适用，试验方法也简单直接、快速准确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的横截面示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1的剖视图，图3为图1的横截面示意图，如图所示，本实施例中的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置包括同心设置且可相对旋转的外筒1及内筒2，所述外筒1套设于所述内筒2外，所述内筒2可全部或部分置于所述外筒1内部，所述内筒2由电机驱动旋转，所述内筒2内设置紫光灯3且内筒2具有透光性，所述外筒1与内筒2之间为光催化反应通道其内设置有催化剂6，本装置用到的催化剂6为悬浮态二氧化钛粉末，所述外筒1上开设有进水口4及出水口5，进水口4引入待净化水体。试验时外筒1不动，电机带动内筒2旋转，两筒间水体形成泰勒涡旋，中心紫光灯3作为催化反应的光源，涡旋带动待净化水体与光催化材料充分接触反应且利用水体动态不稳定性和圆柱间环形尺寸的离心不稳定性来提高反应效率。出水口5引出净化完成的水体，过滤出悬浮在水中的催化材料并进行净化指标检测。内筒2用透明材质，外筒1用反光材质提高紫外光利用率，内筒2内安置紫光灯3作为催化反应的光源，外筒1上设有进水口4和出水口5且通过电线口外接光伏板7，光伏板7连接紫光灯3和发动机，实现光能向电能转化。可根据实际净化效率选择多个反应器串联运作。

本实施例中，所述光催化反应通道位于所述进水口4与出水口5之间，确保带净化水体在光催化反应通道内有足够长的催化反应距离，提高光催化反应效率。

本实施例中，所述电机及紫光灯3通过电线口电连接至光伏板7，所述光伏板7用于吸收太阳能并转化为电能储存，节能环保。

本实施例中，所述内筒2采用透明材料制成，透明材料可以最大程度上保证内筒2内紫光灯3发出的紫光的穿透性，保证所有光源都能照射到催化剂6上。

本实施例中，所述内筒2在电机驱动下相对于外筒1旋转使光催化反应通道内的水发生泰勒涡旋。

一种采用前述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置的试验方法，包括试验步骤：

a.取样，提取水初始样本测量水体透明度L、溶解氧Q、氧化还原电位值Eh、水体氨氮含量A、化学需氧量COD、生化需氧量BOD5，并记录初始数据；

b.制备催化剂6：将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛)，再经煅烧得到TiO2，以四氯化钛为原料，其反应为：

TiCl₄+4H₂O→Ti(OH)₄+4HCl，

Ti(OH)₄→TiO₂+2H₂O，

或以醇盐为原料，其反应为

Ti(OR)₄+4H₂O→Ti(OH)₄+4ROH，

Ti(OH)₄→TiO₂+2H₂O；制备得到的TiO2即为催化剂6；

c.确定定量进行变量试验研究：

c1.将内筒2转速设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据不同内筒2转速试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、 Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、 A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找出能使光催化反应效率最高的内筒2转速；

c2.将内筒2置于外筒1内的长度设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据内筒2的不同内置长度试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、 L₃···，溶解氧Q₁、Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到内筒2最佳内置长度，为后续试验提供数据支持；

c3.将内筒2直径设为变量，确保其余光催化反应条件不变，根据内筒2的不同直径试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、 Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、 A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到内筒2最佳直径，为后续试验提供数据支持；

c4.将待净化水在光催化反应通道内停留时间设为变数，确保其余光催化反应条件不变，根据待净化水在光催化反应通道内停留时间不同的试验批次依次记录光催化反应之后的水体透明度L₁、L₂、L₃···，溶解氧Q₁、Q₂、Q₃···，氧化还原电位值Eh₁、Eh₂、Eh₃···，水体氨氮含量A₁、A₂、A₃···，化学需氧量COD₁、COD₂、COD₃···，生化需氧量BOD5₁、BOD5₂、BOD5₃···，记录数据并对比分析，找到净化水在光催化反应通道内的最佳停留时间，为后续试验提供数据支持。

本实施例中，步骤c中的水体透明度L、溶解氧Q、氧化还原电位值Eh、水体氨氮含量A、化学需氧量COD及生化需氧量BOD5均由出水口5引出的水体经过滤掉水体中的催化剂6之后测量所得。

本发明公开的一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，带有光伏板，可以将太阳能转化为电能进行储存，充分利用能量，节约光催化反应时间，同时节能环保，整个泰勒涡旋式光催化水处理试验装置运作过程中提高了光催化反应时水与催化剂接触的界面积，提高了反应效率，通过控制变量法可以非常明确地确定光催化反应中个因素对光催化反应的影响情况，能在多次试验中找出最佳试验条件，提高光催化反应效率，并且整体装置结构简单，成本低廉，便于适用，试验方法也简单直接、快速准确。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，其特征在于：包括同心设置且可相对旋转的外筒及内筒，所述外筒套设于所述内筒外，所述内筒可全部或部分置于所述外筒内部，所述内筒由电机驱动旋转，所述内筒内设置紫光灯且内筒具有透光性，所述外筒与内筒之间为光催化反应通道其内设置有催化剂，所述外筒上开设有进水口及出水口。

2.根据权利要求1所述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，其特征在于：所述光催化反应通道位于所述进水口与出水口之间。

3.根据权利要求2所述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，其特征在于：所述电机及紫光灯通过电线口电连接至光伏板，所述光伏板用于吸收太阳能并转化为电能储存。

4.根据权利要求1所述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，其特征在于：所述内筒采用透明材料制成。

5.根据权利要求4所述的泰勒涡旋式光催化水处理试验装置，其特征在于：所述内筒在电机驱动下相对于外筒旋转使光催化反应通道内的水发生泰勒涡旋。

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