专利名称：三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光催化净水处理装置，尤其涉及一种三维二氧化钛纤维层光催化净 水处理装置。
技术背景'
光催化氧化技术因其工艺简单，操作条件容易控制，可快速有效降解污染物且无二次污 染而在环境保护和化学化工等领域占据重要地位。用于光催化降解环境污染物的光催化剂多 为n型半导体材料，其中二氧化钛因其活性高、稳定性好、对人体无害而成为最受重视的一 种光催化剂。目前，纳米粉、薄膜和负载型等二氧化钛的应用形式存在难以克服的缺陷。悬 浮相纳米粉催化剂分离回收困难，薄膜和负载光催化剂光量子利用率低，催化剂易脱落。而 二氧化钛纤维光催化剂为解决上述问题提供了全新的途径。它将催化活性组分和基体融合成 一体，在不降低催化活性的前提下，又使其易于回收再利用。综合来看，降低了成本，减少 了消耗。总之，二氧化钛纤维作为光催化剂有诸多优点活性高，强度高，韧性好，无毒、
害，成本低，可实现三维编织且耐水流冲击负荷高。但以二氧化钛纤维为光催化剂的光催化 工艺仍存在一些问题，如缺乏成型的二氧化钛纤维光催化反应器装置，对光的利用率低，反 应速度慢等，制约了光催化这项实用性很强的技术规模化、产业化的发展。由此可见，研制 开发与二氧化钛纤维配套的光催化净水处理装置势在必行。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决目前缺乏成型的二氧化钛纤维光催化反应器装置，影响 了光催化技术发展等问题，提供一种具有结构简单，使用方便，以二氧化钛纤维为光催化剂， 以光导纤维为导光介质，通过光导纤维将太阳光导入该装置，作为二氧化钛纤维的激发源， 使污水与催化剂在光源的激发下有效反应，达到去除污染物目的等优点的三维二氧化钛纤维 层光催化净水处理装置。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置，它包括有机玻璃外筒，其侧面底部设有 进水口，另一侧上部设有出水口，所述有机玻璃外筒内安装至少两个相互套装的异径等高的 铝制网状筒，在相邻两个铝制网状筒间的夹层由光导纤维束)和三维二氧化钕纤维层复合组 成，同时在有机玻璃外筒上端面设有聚光装置。
所述夹层组成为，光导纤维束由嫘旋部分和直线部分组成，其中嫘旋的尾端将光导纤维 沿直线引至有机玻璃外筒上端面，在螺旋部分的两侧各附上至少一层三维二氧化钛纤维层。
所述三维二氧化钛纤维层构成为它包括四层二氧化钛纤维，在第一层二氧化钛纤维的基 础上继续附着第二层二氧化钛纤维，其疏密度不同于第一层二氧化钛纤维，且相互交叉；然 后按第二层的方式，附着第三层二氧化钛纤维，其与第二层二氧化钛纤维又相互交叉，且疏 密度不同；第四层纤维层按第一层二氧化钛纤维方式布置，并与第三层二氧化钛纤维又相互 交叉，且疏密度不同，如此附着四次，形成相互交叉，疏密度不同，外密内疏的三维二氧化 钛纤维层。
所述聚光装置为凸透镜，它与光导纤维束的直线部分末端端面的距离为透镜的焦距。 本实用新型将二氧化钛纤维与光导纤维组合用于光催化污水处理装置，包括有机玻璃外 筒，聚光装置，大小两个铝制的网状筒，光导纤维束(包括螺旋部分和直线部分)，三维二氧 化钛纤维层。在光导纤维束螺旋部分形成的管内壁和外壁铺满二氧化钛纤维，形成夹层。用 直径不同的两个网状铝筒将上述夹层固定，再将上述固定好的夹套整体置于底端封闭的有机 玻璃筒中，玻璃筒的上端面设有聚光装置。出水口设在玻璃筒的一侧，进水口设在有机玻璃 筒侧面的底部。
该装置运行时，污水由进水口进入。通过聚光装置和光导纤维束，将光导入装置的内部， 二氧化钛纤维充分利用分光的能量，以此为激发源，进行光催化氧化反应，从而快速有效降 解污染物，使污水得到净化，最后由出水口排出。
本实用新型具有以下优点-
通过聚光装置和螺旋状的光导纤维束，使太阳光进入装置内部，从而提高了太阳光的 利用率。
② 光催化剂二氧化钛纤维强度高，韧性好，在此装置中被固定成型，进一步提高其耐水 流冲击负荷的能力。
③ 此二氧化钛纤维光催化装置能快速有效降解水中污染物，达到消毒，脱色，直至矿化 的目的。
④ 该装置结构简单，操作、维护方便。
⑤ 光催化剂二氧化钛纤维活性高，无毒、害，成本低，无二次污染。
附图为实用新型的側面示意图。
图中，1、有机玻璃外筒，2、铝制网状筒，3、光导纤维束，4、三维二氧化钛纤维层，5、 聚光装置，6、出水口， 7、进水口。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如屈l所示它包括有机玻璃筒l,其内安装两个异径套装等高的两个铝制网状筒2，两铝 制网状筒2间为光导纤维束3和三维二氧化钛纤维层4复合而成的夹层。
其中3分为两部分，即螺旋部分和直线部分，在嫘旋的尾端将光导纤维沿直线引至有机玻 璃筒l上端面；三维二氧化钛纤维层4的制作方法为将粘度为4 6Pa-s的二氧化钛前驱体纺 丝液倒入离心管中，离心管固定在旋转模具上，开启旋转模具，转速为6000r/min，使之以0.3 m/min的速度沿收集装置的中心轴平移，移动范围为接收装置的长度，于是在收集装置内壁上 附着一层二氧化钛纤维，并具有一定的疏密度，该收集装置是一个半打开式的圆柱形铝制网 状筒。改变旋转角度，使模具以偏转收集装置中心轴的角度继续甩丝，移动速度为0.5m/min， 移动范围仍为收集装置的长度，于是在第一层二氧化钛纤维的基础上继续附着第二层二氧化 钛纤维，其疏密度不同于第一层二氧化钛纤维，且相互交叉。旋转角度仍为20度，但偏离中 心轴的方向与上述偏转方向相反，以0.5 m/min的速度沿圆柱形铝制网状收集装置的中心轴平 移，再次甩丝，则第三层与第二层纤维又相互交叉。第四纤维层的甩丝方式与第一次甩丝方 式相同。如此甩丝四次，使附着于收集装置上的二氧化钛纤维前驱体相互交叉，疏密度不同， 从而获得三维外密内疏的二氧化钛纤维层；然后将收集装置打开，取出Ti02纤维前驱体置于 程序升温炉中，采用特殊的程序升温热处理活化工艺对其进行室温 700'C的水蒸汽热处理， 从而制得催化活性高且耐水流冲击负荷高的纳米Ti02连续纤维层。将制得的纳米Ti02纤维层 均匀铺展在光导纤维束3的螺旋部分内外两侧，形成夹层，大小两个铝制网状筒2将夹层固定， 再将它们组成的整体放在有机玻璃筒l中。
有机玻璃筒1的上端面设有出水口6和聚光装置5，侧面的底部设有进水口7。聚光装置5 为一个凸透镜，该透镜与光导纤维束3的直线部分末端端面的距离为透镜的焦距大小，这样光 导纤维可接收最大强度的光。
该装置运行时，污水由进水口7进入有机玻璃筒1中，液面逐渐上升，污水充满整个玻 璃筒，在上升过程中与光催化剂充分接触。在聚光装置5的作用下，进入光导纤维的光强增 力B，螺旋状的光导纤维束3能使部分在纤维中传导的光从光导纤维的侧壁漏出，夹在光导纤 维束3两侧的三维二氧化钛纤维层4既能充分利用这部分漏出的光，又与污水有充分的接触， 故能产生较好的污水处理效果，最后水由出水口6排出。
权利要求1、一种三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置，它包括有机玻璃外筒(1)，其侧面底部设有进水口(7)，另一侧上部设有出水口(6)，其特征是所述有机玻璃外筒(1)内安装至少两个相互套装的异径等高的铝制网状筒(2)，在相邻两个铝制网状筒(2)间的夹层由光导纤维束(3)和三维二氧化钛纤维层(4)复合组成，同时在有机玻璃外筒(1)上端面设有聚光装置(5)。
2、 根据权利要求1所述的三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置，其特征是所述 夹层组成为，光导纤维束(3)由嫘旋部分和直线部分组成，其中蟝旋的尾端将光导纤维沿 直线引至有机玻璃外筒(1)上端面，在嫘旋部分的两侧各附上至少一层三维二氧化钛纤维 层(4)。
3、 根据权利要求1或2所述的三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置，其特征是-所述三维二氧化钛纤维层(4)构成为它包括四层二氧化钛纤维，在第一层二氧化钛纤维的 基础上继续附着第二层二氧化钛纤维，其疏密度不同于第一层二氧化钛纤维，且相TT交叉； 然后按第二层的方式，附着第三层二氧化钛纤维，其与第二层二氧化钛纤维又相力:夂叉， 且疏密度不同；第四层纤维层按第一层二氧化钛纤维方式布置，并与第三层二氧化钛纤维 又相互交叉，且疏密度不同，如此附着四次，形成相互交叉，疏密度不同，三维外密内疏 的二氧化钛纤维层(4)。
4、 根据权利要求1所述的三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置，其特征是所述 聚光装置(5)为凸透镜，它与光导纤维束(3)的直线部分末端端面的距离为透镜的焦距。
专利摘要本实用新型公开了一种三维二氧化钛纤维层光催化净水处理装置。它解决了目前缺乏成型的二氧化钛纤维光催化反应器装置，影响了光催化技术发展等问题，具有结构简单，使用方便，以二氧化钛纤维为光催化剂，以光导纤维为导光介质，通过光导纤维将太阳光导入该装置，作为二氧化钛纤维的激发源，使污水与催化剂在光源的激发下有效反应，达到去除污染物目的等优点，其结构为它包括有机玻璃外筒，其侧面底部设有进水口，另一侧上部设有出水口，所述有机玻璃外筒内安装至少两个相互套装的异径等高的铝制网状筒，在相邻两个铝制网状筒间的夹层由光导纤维束)和三维二氧化钛纤维层复合组成，同时在有机玻璃外筒上端面设有聚光装置。
文档编号C02F1/32GK201056503SQ20072002191
公开日2008年5月7日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者峰 刘, 鑫 刘, 南 包, 孟凡琳, 马志会, 魏振涛 申请人:山东大学