专利名称：Led纳米光催化有机废水深度处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理装置，尤其涉及一种利用光催化触媒净化有机废水的处理装置，属于环境治理净化领域。
背景技术：
随着社会经济的高速发展和城市化的加速，环境污染己经成为制约我国可持续发展的主要因素。目前，基于大力整治环境污染的需求，国家及地方政府纷纷出台环保措施，下大力气整治环境，出台更加严厉的工业和城镇生活污水排放标准。虽然国内外水处理技术的方法很多，但是常规的生物——生态法存在占地面积大、处理效果不稳定、处理条件苛刻的问题，而且对于很多顽固性污染如苯酚、有机磷农药、有机卤代物等难降解难生化的有机污染物处理效果
不明显；而物理法和化学法投资大、运行成本高、残留物必须被处理，存在处理不彻底的问题，另需增配氧化剂生成装置。因此有机废水的深度处理方法已经迫在眉睫。
利用纳米光催化技术处理难降解的有机污染物，特别是"三致"有机污染物(即致突变物、致癌物、致畸形物)，是近年来最活跃的研究领域，成为用于环境污水治理中的热点。有效的激发光源在光催化污水处理过程中起着至关重要的作用。专利号为CN1107650C、 CN1305561C、 CN1587085、 CN1403384等均采用传统气体紫外灯(汞灯)，而这些汞灯为玻璃制成，体积大、易碎、使用寿命短、电压驱动高、自身发热量大、存在对人体有害光成分等，这些缺点使得光催化污水处理技术和装置在实际应用中的结果是效率低、能耗高， 无法进行工业化应用。
发明内容
为迎合有机废水深度处理提标排放的迫切需要，克服现有技术在光催化方 面高能耗低效率的窘境，本发明的目的在于提供一种LED纳米光催化有机废 水深度处理装置，以寻求一种结构紧凑、处理效率高、运行安全、节能的有机 废水深度处理装置。
本发明的技术解决方案是
LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特征在于所述处理装置包括 至少一个紫外LED光源板和与之贴合的纳米光触媒材料，且所述紫外LED光 源板与纳米光触媒材料相互分立对应排布或整体合并排布。其中，所述紫外 LED光源板包括导热性能好的金属基板、印刷在金属基板两侧的绝缘涂层线路 和电路，以及LED发光芯片，所述LED发光芯片与电路连接。
进一步地，所述紫外LED光源板可以是通过贴片技术固定在金属基板双 面上的紫外LED芯片阵列光源，或者是通过紫外LED芯片与光纤耦合并交织 成面板状的光源；紫外LED光源板表面均涂有树脂或陶瓷等封装材料进行密 封作为防水处理。
更进一歩地，所述紫外LED芯片与聚合物或石英光纤通过防水耦合器相连。
进一步地，所述紫外LED芯片为由氮化物半导体发光二极管材料制成 的，其波长范围在360 420nm，直流驱动电压3-24V。进一步地，所述金属基板为带有孔洞的铝或铜薄片，且双面印刷有相互绝缘的芯片驱动电路，且具有形状可塑性。
进一步地，所述纳米光触媒材料包括Ti02、 ZnO、 NiO、 SrTi03、BaTi409、 BiW03、 V205、 Mo03、 W03、 ZnS、 CdS等光催化材料及其与其他金属、非金属、金属氧化物的掺杂、复合材料的一种或者多种，其形式可为悬浮溶液或担载在担载体基底上。
更进一步地，所述光催化担载体为多孔透光性陶瓷、金属网、多孔聚合物基底材料等。
进一步地，所述紫外LED光源板与纳米光触媒材料相互分立对应排布或整体合并排布。
应用本发明设计的污水深度处理装置，采用的LED芯片作为激发光源，消除了含汞气体光源所产生的深紫外成分的人体的伤害及汞灯爆裂的装置安全问题，具有节能、使用寿命长、光催化效率高及对人体无伤害成分的有益效果。
图1为本发明的金属基板示意图2为本发明的金属基板上贴设LED芯片后的示意图3为本发明的紫外LED光源板的示意图4为本发明的涂布二氧化钛纳米光触媒材料的担载网示意图5为本发明的LED纳米光催化污水深度处理装置结构示意图6为本发明的处理装置对次甲基蓝的降解曲线。图7为本发明的处理装置对苯酚的降解曲线。
具体实施例方式
以下就结合实例对本发明的创新特点作进一歩详述，伹这些说明仅作为实 施例反映，并非以此限定本发明创新特点的应用多样性。
如图1至图3所示，分别是本发明从金属基板到紫外LED光源板的制作 演变示意图。从这些附图可见，首先该紫外LED光源板是基于导热性能好的 金属基板1制造的，该金属基板1可以是铝或铜薄板。该金属基板1两面上相 隔一段距离印刷有绝缘涂层2;并在该金属基板1上印刷有负极电路3，在该 绝缘涂层上印刷有正极电路4。然后将复数个紫外LED芯片5通过贴片技术固 定到金属基板1上绝缘涂层2之间，且芯片的正负电极分别与金属基板上的正 极电路4、负极电路3焊接相连，使得金属基板1两面上形成紫外LED芯片阵 列光源。接着采用树脂或陶瓷封装材料6将上述金属基板1密封，形成密封防 水的面光源板；并在该面光源板上按一定排列钻孔7，开孔位置相对于金属基 板1两侧相互叠错，以增加水流在板间的停留时间、增大光催化反应面积。由 此便构成一完整的紫外LED光源板10。
上述紫外LED发光芯片5是采用氮化物半导体发光二极管材料制成，其 波长范围在360-420nm之间可调，由3-24V的直流驱动电压点亮，电光转换效 率高；且单个芯片尺寸介于0.1-10mm2，波长半宽小于10nm，无对人体有害的 深紫外线成分，使用寿命长。
除上述的紫外LED芯片阵列光源形式，该光源板10亦可是紫外LED芯片 与聚合物或石英光纤通过防水耦合并交织成面板状的光源形式(未图示)。
7如图4所示，是本发明担载网涂布了光催化(触媒)材料后的结构示意图。其中，该担载体9为网状或透孔的多孔透光性陶瓷、金属网、多孔聚合物
等基底材料。而该光触媒材料可以是包括Ti02、 ZnO、 NiO、 SrTi03、BaTi409、 BiW03、 V205、 Mo03、 W03、 ZnS、 CdS等光催化材料及其与其他金属、非金属、金属氧化物的掺杂、复合材料的一种或者多种。光触媒材料与担载体吸附结合构成一光催化板11。此外，对于诸如二氧化钛纳米光催化材料这种特殊的光触媒材料，可以直接加入水体中形成悬浮溶液。
在实际应用中，上述紫外LED光源板10与光催化板11之间可以相对分立排布，也可合并排布为一整体。如图5所示是本发明一种应用实施例处理装置的结构示意图。从图中可以看出紫外LED光源板10和光催化板11相互叠加，根据处理水量规模的大小，采用三到四组或更多组的串联使用，装配在两侧具有进水口 22和出水口 23的箱体21内。有机污水从一侧进水口 22进入，经由光触媒材料降解后从另一侧出水口 23排出；当流经光触媒表面时，有害的有机污染物被LED纳米光触媒彻底降解成无害物质。
如图6所示，按上述紫外LED激发光催化过程对水体有机污染物进行深度处理，对初始COD浓度值为1000mg/L的次甲基蓝溶液进行降解实验，从实验图表可见，降解率达95%以上。
如图7所示，按上述紫外LED激发光催化过程对水体有机污染物进行深度处理，对初始COD浓度值为500mg/L的苯酚溶液进行降解实验，从实验图表可见，降解率达高98%以上。
本发明设计的LED激发纳米光催化有机废水深度处理装置，可作为水处理方法的前段预处理，也可作为其后段处理进一步深化处理，更可直接使用。适用于有机化工、石油化工、医药、农药等重点行业及自来水等各类水处理行 业使用。具体来说 一方面作为附加装置，用于污水生化反应池前段进行深度 处理，降解工业废水屮的难降解有毒有害有机物，如有机卤代物、多环芳烃、 苯酚、多氯联苯、有机磷化合物等，目的为提高可生化性，提高生物菌种对总 氮、总磷、氨氮、COD的处理效率； 一方面作为附加装置，用于工业或城镇污 水治理设施的后段，经过该装置的深度处理，进一步降低难降解有机物以及对 残留衍生有机物和菌类的去除，使水质达到提标排放的要求，甚至回用的目 的；另一方面作为独立装置用于水厂或家用饮用水的深度处理，进一步杀菌和 降解有机物，提高饮用水水质和安全等。
综上，本发明采用紫外LED芯片作为激发光源，消除了含汞气体光源所 产生对人体的伤害及汞灯在深水高压下易爆裂的安全问题，具有显而易见的节 能、使用寿命长、光催化效率高及对人体无伤害成分的有益效果。以上附图及 其说明仅作为实施例提供，其具体实施方式
的多样性不限于此。故凡对上述实 施例进行的简单修改或等效变换，能够实现本创作目的的设计方案，均应纳入 本专利申请的保护范围之内。
权利要求
1. LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特征在于所述处理装置包括至少一个紫外LED光源板和与之贴合的纳米光触媒材料，且所述紫外LED光源板与纳米光触媒材料相互分立对应排布或整体合并排布。
2. 根据权利要求1所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述紫外LED光源板包括导热性能好的金属基板、印刷在金属基板 两侧的绝缘涂层线路和电路，以及LED发光芯片，所述LED发光芯片与电路 连接。
3. 根据权利要求2所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述紫外LED光源板为通过贴片技术固定在金属基板双面上的紫外 LED芯片阵列光源。
4. 根据权利要求2所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述紫外LED光源板为通过紫外LED芯片与光纤耦合并交织成面板 状的光源。
5. 根据权利要求4所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述紫外LED芯片与聚合物或石英光纤通过防水耦合器相连。
6. 根据权利要求3或4所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置， 其特征在于所述紫外LED芯片为由氮化物半导体发光二极管材料制成的， 其波长范围在360 420nm，直流驱动电压3-24V。
7. 根据权利要求2所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述金属基板为带有孔洞的铝或铜薄片，且双面印刷有相互绝缘的芯片驱动电路。
8. 根据权利要求2所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特征在于所述紫外LED光源板表面涂有树脂或陶瓷等封装材料进行密封作为防水处理。
9. 根据权利要求1所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特 征在于所述纳米光触媒材料包括Ti02、 ZnO、 NiO、 SrTi03、 BaTi409、 BiW03、 V205、 Mo03、 W03、 ZnS、 CdS等光催化材料及其与其他金属、非金 属、金属氧化物的掺杂、复合材料的一种或者多种。
10. 根据权利要求1或9所述的LED纳米光催化有机废水深度处理装 置，其特征在于所述纳米光触媒材料为悬浮溶液或担载在多孔透光陶瓷、金 属网等基底上。
全文摘要
本发明公开了一种LED纳米光催化有机废水深度处理装置，其特征在于该处理装置包括至少一个紫外LED光源板和与之贴合的纳米光触媒材料。其中，该紫外LED光源板包括导热性能好的金属基板、印刷在金属基板两侧的绝缘涂层线路和电路，以及LED发光芯片；该LED发光芯片与电路连接，且该紫外LED光源板为通过贴片技术固定在金属基板双面上的紫外LED芯片阵列光源，或者为通过紫外LED芯片与光纤耦合并交织成面板状的光源，进而其表面涂有树脂或陶瓷等封装材料进行密封作为防水处理。该处理装置推广应用后，消除了含汞气体光源所产生的深紫外成分的人体的伤害及汞灯爆裂的装置安全问题，具有节能、使用寿命长、光催化效率高及对人体无伤害成分的有益效果。
文档编号C02F1/32GK101456605SQ200810242870
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者凯 代, 张铁锴, 辉 杨, 王怀兵, 程小荣, 韦 陈 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所