CN217103137U

CN217103137U - 一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置

Info

Publication number: CN217103137U
Application number: CN202220478734.0U
Authority: CN
Inventors: 周建华; 康萌; 苗蕾; 刘静; 王潇漾
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2022-03-07
Filing date: 2022-03-07
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2032-03-07

Abstract

本实用新型公开了一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置。该装置，包括光热蒸发室、鼓风系统、集水系统和水循环系统；光热蒸发室包括阶梯状有机玻璃水槽、有机玻璃罩和光热催化层，阶梯状有机玻璃水槽和设置于阶梯状有机玻璃水槽顶部的有机玻璃罩组成密闭空间，光热催化层设置于阶梯状有机玻璃水槽内，集水系统包括冷凝管和冷凝水收集容器，有机玻璃罩设置第一开口，第一开口与冷凝管连接，冷凝管通过具嘴接收管与冷凝水收集容器连接。本实用新型提出的水处理装置实现污水连续光催化降解与蒸发同时进行，该装置将光热催化层中的光热催化材料与太阳能驱动水蒸发装置结合，提高太阳能利用率，做到蒸发与光催化降解污染物同步进行。

Description

一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置

技术领域：

本实用新型涉及太阳能光热转换技术与光催化技术领域，具体涉及一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置。

背景技术：

目前，随着人类生活水平的提高、气候变化、人口增长和工业发展，淡水危机日益严重。因此，有效利用丰富的海水和工业废水来生产洁净水是解决水资源短缺危机最有效的策略之一。到目前为止，一些可行的技术已经被用于废水的高效处理，如半导体光催化，太阳能驱动水蒸发等。太阳能水蒸发技术能够实现环境友好、成本低、无需额外电力投入的清洁水生产，在水的可持续处理方面显示出巨大的潜力，已成为解决水资源短缺危机的热点和前沿研究领域。

与传统的光热转换系统相比，新型界面太阳能蒸汽发生系统能够减少更多的能量损失，提高水蒸发效率。但是，在太阳能驱动水蒸发系统获取高质量洁净水的同时，水体中的污染物浓度也逐渐增加。因此，太阳能驱动水蒸发系统可以获得洁净水资源，但并不能从根本上解决水体污染问题。

实用新型内容：

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提出一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，该水处理装置可实现污水连续光催化降解与蒸发同时进行，该装置将光热催化层与太阳能驱动水蒸发装置结合，提高太阳能利用率，做到蒸发与光催化降解污染物同步进行；采用梯田式阶梯供水，有效控制进水量，并能增加废水流动长度使污水中的有机污染物充分氧化降解；利用冷凝管收集到洁净冷凝水，水流排水口处流出，经输水管回到光热蒸发室。该装置解决了太阳能驱动水蒸发技术不能从根本上去除水中有机污染物的问题。

本实用新型的目的是提供一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，包括光热蒸发室、鼓风系统、集水系统和水循环系统；所述的光热蒸发室包括阶梯状有机玻璃水槽、有机玻璃罩和光热催化层，所述的阶梯状有机玻璃水槽和设置于阶梯状有机玻璃水槽顶部的有机玻璃罩组成密闭空间，光热催化层设置于阶梯状有机玻璃水槽内，所述的集水系统包括冷凝管和冷凝水收集容器，有机玻璃罩设置第一开口，第一开口与冷凝管连接，冷凝管通过具嘴接收管与冷凝水收集容器连接，用来收集冷凝水，水循环系统包括盛水容器、加压水泵、供水管和输水管，污水由盛水容器通过供水管输出，由加压水泵加压进入阶梯状有机玻璃水槽，污水在流动过程中一部分生成热蒸汽被鼓风系统吹入冷凝管成为洁净冷凝水，其余的水在此过程中被光热催化层中的光热催化材料降解掉部分有机污染物，经输水管流出后再并入供水管进入污水处理循环中。

阶梯状有机玻璃水槽增加水流长度以增加污水与光热催化层中的光热催化材料的接触时间，做到蒸发与降解污染物同时进行，使污水充分净化。蒸发过程中的反应容器为阶梯状水槽且槽内水流流向为折返型。

优选地，所述的有机玻璃罩在与鼓风系统的连接处设有第二开口，第二开口为气流入口，第一开口为热蒸汽出口。

优选地，所述的鼓风系统为鼓风机。

优选地，所述的阶梯状有机玻璃水槽由若干个有机玻璃水槽呈阶梯状布置，每一层有机玻璃水槽的末端顶部设有出水口，相邻两层有机玻璃水槽的出水口交错分布。阶梯状有机玻璃水槽在每一层的末端顶部有一个出水口，在该层水满后水流流向下一层，每层的出水口交错分布，以增加污水水流长度；光热催化层铺在每一层的有机玻璃水槽里，与污水充分接触。

进一步优选，所述的阶梯状有机玻璃水槽由4个有机玻璃水槽呈阶梯状布置。

优选地，所述的光热催化层包括载体和设置于载体上的光热催化材料，所述的载体为气凝胶、水凝胶、海绵、纱布或者碳材料，光热催化材料为氧化物或硫化物半导体。所述的光热催化层须具备光热转换能力与光催化降解能力。光热催化层的形状为块体或薄膜。

进一步优选，所述的光热催化材料为四氧化三铁或硫化铜。

优选地，所述的光热催化层的形状与有机玻璃水槽的形状相同。

优选地，所述的供水管上设置有控制污水流量的限流阀。

优选地，所述的输水管上设置有第二加压水泵，输水管流出后的水经第二加压水泵加压，再并入供水管和盛水容器中的污水一起进入污水处理循环中。

本实用新型提出将污水由盛水容器通过供水管道输出，通过限流阀控制供水管道中污水流量，污水由加压水泵加压进入阶梯状有机玻璃水槽，污水在流动过程中一部分生成热蒸汽被鼓风机吹入冷凝管成为洁净冷凝水，其余的水在此过程中被降解掉部分有机污染物，输水管道流出后的水经第二加压水泵加压，再并入供水管道和盛水容器中的污水一起进入污水处理循环中。

本实用新型跟现有技术相比具有如下优点：本实用新型提出的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，通过限流阀控制水流量，加压水泵调控水压，鼓风机将光热蒸发室内的水蒸气快速导入冷凝管，加速冷凝水的收集。此外利用阶梯状有机玻璃水槽增加水流长度以增加污水与光热催化材料的接触时间，做到蒸发与降解污染物同时进行，使污水充分净化，减少污染，达到废水回收、重复利用的目的。

附图说明：

图1是本实用新型一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置中的阶梯状有机玻璃水槽结构示意图；

图3是本实用新型实施例1块体光热催化材料处理含甲基橙污水性能图；

图4是本实用新型实施例2薄膜光热催化材料处理含甲基橙污水性能图；

附图标记说明：1、盛水容器，2、鼓风机，3、限流阀，4、第一加压水泵，5、有机玻璃罩，6、阶梯状有机玻璃水槽，7、光热催化层，8、输水管，9、冷凝管，10、冷凝水收集容器，11、第二加压水泵，12、第一出水口，13、第二出水口；14、第三出水口；15、第四出水口；16、第五出水口。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。除特别说明，本实用新型使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。

实施例1

如图1-2所示，一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，包括依次连接的鼓风系统、光热蒸发室、集水系统和水循环系统。光热蒸发室包括有机玻璃罩5、阶梯状有机玻璃水槽6及光热催化层7。阶梯状有机玻璃水槽和设置于阶梯状有机玻璃水槽顶部的有机玻璃罩组成密闭空间，集水系统包括冷凝管9和冷凝水收集容器10，有机玻璃罩5在顶部两侧设有第一开口和第二开口，第一开口与冷凝管9连接，冷凝管9通过具嘴接收管与冷凝水收集容器10连接，用来收集冷凝水，第二开口通过管道连接鼓风系统，本实施例中优选鼓风系统为鼓风机2。光热催化层7包括载体和设置于载体上的光热催化材料，可以是块体铺在阶梯状有机玻璃水槽6中，也可为薄膜漂浮在水面，在本实施例中优选光热催化层7是块体，具体光热催化层的载体为海绵，光热催化材料为四氧化三铁。水循环系统包括盛水容器、加压水泵、供水管和输水管，污水由盛水容器通过供水管输出，由第一加压水泵4加压进入阶梯状有机玻璃水槽6，污水在流动过程中一部分生成热蒸汽被鼓风机吹入冷凝管9成为洁净冷凝水，其余的水在此过程中被光热催化材料降解掉部分有机污染物，经输水管8流出后再并入供水管进入污水处理循环中。

阶梯状有机玻璃水槽6可根据实际情况设置由3个、5个或其他整数个有机玻璃水槽组成，本实施例优选阶梯状有机玻璃水槽6由4个有机玻璃水槽呈阶梯状布置。阶梯状有机玻璃水槽6在每一层的末端有一个出水口，水流从第一出水口12进入，水满后从第二出水口13流出进入下一层，同理，水流依次经过第三出水口14和第四出水口15，最后从第五出水口16流出，如图2所示，通过输水管8以及输水管上的第二加压水泵11加压再次进入光热蒸发室，实现水的连续催化降解与蒸发。从盛水容器1中输出的水通过限流阀3控制流量，通过第一加压水泵4供压来驱动水循环，水流进入光热蒸发室的阶梯状有机玻璃水槽中后，与容器中的光热催化层充分接触，在光照条件下：(1)光热催化层由于光热效应驱动了水蒸发，蒸汽流在鼓风机的吹动下，进入冷凝管生成清洁冷凝水；(2)光热催化层吸收了太阳的能量产生活性极强的自由基将水中有机污染物降解，其余的水在此过程中被降解掉部分有机污染物，流出后再并入供水管道进入水循环中，实现了光催化净水与太阳能蒸汽的同步进行。

运用上述界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，在强度1kW/m²的光照下，以甲基橙溶液模拟污水，阶梯状有机玻璃水槽总面积1m²，光热催化层为块体光热催化层，块体的形状与有机玻璃水槽的形状相同，块体的厚度为5mm。如图3所示，块体光热催化层在2小时内对含甲基橙污水的降解率为80％。

实施例2

与实施例1条件相同，不同之处在于，光热催化层为薄膜光热催化层，薄膜厚度为1mm，光热催化层的载体为纱布，光热催化材料为四氧化三铁。

如图4所示，薄膜光热催化层在2小时内对含甲基橙污水的降解率可以达到58％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，包括光热蒸发室、鼓风系统、集水系统和水循环系统；所述的光热蒸发室包括阶梯状有机玻璃水槽、有机玻璃罩和光热催化层，所述的阶梯状有机玻璃水槽和设置于阶梯状有机玻璃水槽顶部的有机玻璃罩组成密闭空间，光热催化层设置于阶梯状有机玻璃水槽内，所述的集水系统包括冷凝管和冷凝水收集容器，有机玻璃罩设置第一开口，第一开口与冷凝管连接，冷凝管通过具嘴接收管与冷凝水收集容器连接收集冷凝水，水循环系统包括盛水容器、加压水泵、供水管和输水管，污水由盛水容器通过供水管输出，由第一加压水泵加压进入阶梯状有机玻璃水槽，污水在流动过程中一部分生成热蒸汽被鼓风系统吹入冷凝管成为洁净冷凝水，其余的水在此过程中被光热催化层中的光热催化材料降解掉部分有机污染物，经输水管流出后再并入供水管进入污水处理循环中。

2.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的有机玻璃罩在与鼓风系统的连接处设有第二开口，第二开口为气流入口，第一开口为热蒸汽出口。

3.根据权利要求1或2所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的鼓风系统为鼓风机。

4.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的阶梯状有机玻璃水槽由若干个有机玻璃水槽呈阶梯状布置，每一层有机玻璃水槽的末端顶部设有出水口，相邻两层有机玻璃水槽的出水口交错分布。

5.根据权利要求4所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的阶梯状有机玻璃水槽由4个有机玻璃水槽呈阶梯状布置。

6.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的光热催化层包括载体和设置于载体上的光热催化材料，所述的载体为气凝胶、水凝胶、海绵、纱布或者碳材料，光热催化材料为氧化物或硫化物半导体。

7.根据权利要求6所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的光热催化材料为四氧化三铁或硫化铜。

8.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的光热催化材层的形状与有机玻璃水槽的形状相同。

9.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的供水管上设置有控制污水流量的限流阀。

10.根据权利要求1所述的界面光催化协同太阳能驱动水处理装置，其特征在于，所述的输水管上设置有第二加压水泵，经第二加压水泵加压，输水管流出后的水再并入供水管和盛水容器中的污水一起进入污水处理循环中。