专利名称：废水处理中磁性光催化剂的分离回收方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及废水处理中磁性光催化剂的分离回收方法，进一步涉及废水处理中磁性光催化剂分离回收装置。
然而，光催化废水处理技术在工程上应用存在一个主要问题光催化剂粉末需要分离回收。国内外对固定相二氧化钛薄膜催化剂作了许多探索，所选用的载体主要有多孔性载体如硅胶、活性氧化铝、玻璃纤维网、空心陶瓷球、海砂、层状石墨等孔内深层的光催化剂得不到光的照射，不能发挥光催化的作用，反而会造成催化剂的浪费。而像空心玻璃珠、石英玻璃管(片)、普通(导电)玻璃片、有机玻璃、光导纤维等虽然有结实耐用、容易制成反应器等特点，但却不是一般意义上好的载体，其表面积太小，与反应物质的接触受到限制，其光催化效率远远小于悬浮体系。因此，在保证较高的光催化效率的前提下解决光催化剂的回收问题成为了关键。
为了回收光催化剂，韩国株式会社太白环境申请的中国发明专利99118053涉及到一种粘土分离回收系统回收光催化剂，并涉及到一个催化剂回收装置。但粘土回收光催化剂的效率不高，操作不便。为了克服光催化剂难分离的缺点，中国发明专利98101176、98101790与01129844提供了易分离光催化剂的制备方法商品TiO2直接负载在商品磁性材料上，或将有光化学惰性的无机材料包裹在商品磁性材料上，再将商品TiO2包裹在惰性材料上制备的磁性光催化剂，在一定程度上解决了废水处理过程中光催化材料的分离回收问题。但磁性光催化剂需要一个磁分离回收系统来高效率地回收光催化剂。
本发明的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法在于在通电状态下，用磁性光催化剂处理过的废水通过一个高梯度磁分离器中铁磁性金属丝，磁性光催化剂受到很强的磁场力作用，被捕集截留，实现与体系(废水)分离；然后断电，磁场消失，铁磁性金属丝对磁性光催化剂失去磁力吸附，反向冲洗将磁性催化剂分离回收。
上面所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，包括电磁场装置、过滤器、水冷系统(6)和外壳(7)，其特征是电磁场装置包括多层实心导线螺线管线圈(5)、空心芯铁(3)、导磁板(1)及轭铁(2)；过滤器包括空心芯铁(3)、填充于芯铁中的铁磁性金属丝(4)。
本发明的高梯度磁分离器，螺线管的长度应为芯铁直径的5-8倍；钢毛纤维填充容积为3％-8％，优选为4％-6％；螺线管的漆包线应为耐热线，优选为聚酰亚胺漆包线；在选定工作电压的前提下，按照所需的磁场强度确定漆包线的直径及其相应的层数；磁场强度为80000-250000安培/米；既可采用220伏直接整流供电方式，也可采用大电流供电方式；钢毛纤维优选为434号铁素体不锈钢长纤维，截面尺寸为直径10-30微米，长度为100-200mm。
本发明是根据磁性光催化剂的特性和处理水量确定高梯度磁分离器的磁场强度；根据磁场强度和磁性光催化剂在水体中的浓度确定螺线管线圈的结构参数；根据磁场强度和线圈结构确定水冷系统参数。
当螺线管线圈通电时，产生均匀电磁场。置于电磁场内的铁磁性金属丝被磁化，激发新磁场，使均匀磁场发生改变，迫使绝大多数磁力线通过铁磁性金属丝；在其表面附近形成一个随距离而变化的高梯度不均匀磁场区域，即为高梯度磁场。磁场效应用于水溶液的过滤分离是利用高梯度的磁场来实现的，以导磁的不锈钢纤维丝作过滤基质时，利用钢毛的磁力作用，捕集截留磁性光催化剂，达到分离的目的。
强大的磁场和很高的磁场梯度，可以提高钢丝纤维的分离过滤能力。导磁基体的曲率半径愈小，其表面所形成的磁场梯度就愈高，流经的颗粒所受磁力就愈大。在钢丝纤维的尖角或毛刺部位，由于磁力线的急剧收敛，形成很高的磁场梯度，可以有效的增大颗粒所受的磁力。
本发明的水冷系统，用于带走螺线管线圈工作时产生的热量，防止线圈发热烧毁。
本发明的废水处理中磁性光催化剂分离回收方法及装置具有如下优点(1)本发明所用铁磁性金属丝比表面积大(约100----200cm/g)，在电磁场作用下对磁性光催化剂具有强大的捕捉吸附能力；(2)本发明洗脱所截留的磁性催化剂操作简便，回收效率高，当螺线管线圈断电时，磁场消失，铁磁性金属丝对磁性催化剂失去磁力吸附，反向冲洗即可将磁性催化剂分离回收；(3)铁磁性金属丝具有弹性和抗挤压能力，堆积结构疏松，填充率低，一般不超过10％，因此过滤的水力损失极少；(4)可将包裹在微米级磁性材料上的纳米级催化剂顺利分离回收，这是其他回收工艺所达不到的。
图面说明
图1为废水处理中磁性光催化剂分离回收装置即高梯度磁分离器结构示意图(园筒形、剖视图)。
实施例1所用废水是浓度为10mg/l的亚甲基蓝水溶液，磁性光催化剂是以四氧化三铁为磁心包裹二氧化钛光催化剂(见中国专利申请01129844)，剂量为1.0克/升，粒径20微米，在125瓦高压汞灯照射下亚甲基蓝溶液进行充分光降解。然后，将混杂磁性光催化剂的已降解的亚甲基蓝溶液经高梯度磁分离器分离回收。
高梯度磁分离器技术参数如下电流采用16A直流电流；漆包线为聚酰亚胺漆包线，电阻率2×10-8，线径1.65毫米，线圈9层；芯铁内径24毫米，长度125毫米；钢毛纤维选为434号铁素体不锈钢长纤维，截面尺寸为直径10-30微米，长度为100-200mm；钢毛纤维的填充率为4.8％；磁场强度为100000安培/米；实测螺线管两端钢丝纤维表面磁感应强度大于950高斯，撤去电流后剩磁约50高斯。
经过光催化降解处理的亚甲基蓝废水溶液，以每秒0.2米的速度(处理水量约50升/小时)流过磁分离器，最后用水反向冲洗回收磁性光催化剂，回收率为99.5％。
实施例2实施例2与实施例1相类似，其不同的是给定光催化处理水量100升/小时，220伏直接整流供电，磁场强度为100000安培/米；高梯度磁分离过滤器长度为150毫米，芯铁直径26毫米，漆包线直径为0.6毫米、72层；钢毛纤维的填充率为5.5％。按1.0克/升加入适量磁性光催化剂的配制水经过光催化处理后，以每秒0.06米的速度流过磁分离器，磁性光催化剂的回收率为91.0％。
实施例3实施例3与实施例1相类似，其不同的是给定光催化处理水量250升/小时，24伏直接整流供电，磁场强度为100000安培/米；高梯度磁分离过滤器长度为150毫米，芯铁直径26毫米，漆包线直径为1.8毫米、17层；填充率6％。按1.0克/升加入适量磁性光催化剂的配制水经过光催化处理后，以每秒0.06米的速度流过磁分离器，磁性光催化剂的回收率为95.4％。
权利要求
1.一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法，其特征在于在通电状态下，用磁性光催化剂处理过的废水通过一个高梯度磁分离器中铁磁性金属丝，磁性光催化剂受到很强的磁场力作用，被捕集截留，实现与体系废水分离；然后断电，磁场消失，铁磁性金属丝对磁性光催化剂失去磁力吸附，反向冲洗将磁性催化剂分离回收。
2.根据权利要求1中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，包括电磁场装置、过滤器、水冷系统(6)和外壳(7)，其特征是电磁场装置包括多层实心导线螺线管线圈(5)、空心芯铁(3)、导磁板(1)及轭铁(2)；过滤器包括空心芯铁(3)、填充于芯铁中的铁磁性金属丝(4)。
3.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于螺线管的长度应为芯铁直径的5-8倍
4.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于钢毛纤维填充容积为3％8％。
5.根据权利要求4中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于钢毛纤维填充容积优选为4％-6％。
6.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于螺线管的漆包线应为耐热线。
7.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于螺线管的漆包线优选为聚酰亚胺漆包线。
8.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于钢毛纤维优选为434号铁素体不锈钢长纤维。
9.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于铁素体不锈钢长纤维截面尺寸为直径10-30微米，长度为100-200mm。
10.根据权利要求2中所述的一种废水处理中磁性光催化剂分离回收方法所使用的装置即高梯度磁分离器，其特征在于磁场强度为80000-250000安培/米。
全文摘要
本发明涉及废水处理中磁性光催化剂的分离回收方法，它是在通电状态下，将处理过的废水通过一个高梯度磁分离器中铁磁性金属丝，磁性光催化剂受到很强的磁场力作用，被捕集截留，实现与废水分离；然后断电，磁场消失，铁磁性金属丝对磁性光催化剂失去磁力吸附，反向冲洗将磁性催化剂分离回收。本发明还涉及废水处理中磁性光催化剂的分离回收装置，它包括电磁场装置、过滤器、水冷系统(6)和外壳(7)，其特征是电磁场装置包括多层实心导线螺线管线圈(5)、芯铁(3)、导磁板(1)及轭铁(2)；过滤器包括空心芯铁(3)、填充于芯铁中的铁磁性金属丝(4)。本发明方法和设备简单、回收率高。
文档编号C02F1/30GK1426971SQ0113009
公开日2003年7月2日 申请日期2001年12月17日 优先权日2001年12月17日
发明者郑少健, 王良焱, 李新军, 李芳柏, 张开坚, 何明兴, 黄北卫, 朱胜友 申请人:中国科学院广州能源研究所, 攀枝花钢铁有限责任公司钢铁研究院