专利名称：一种磁助-光解复合水净化装置及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁助-光解复合水净化装置，特别是涉及一种有效去除轻度污染水体中细菌、病毒和有机物的水净化装置。
背景技术：
由于多种原因，我国存在大量轻度污染的水，其中含有的细菌，病毒和微量有机化 合物，对人、畜的健康损害很大，所以通常这些水不能直接被利用。目前常用的水处理方法 有沉淀物过滤法、活性炭吸附法、逆渗透法、超过滤法、紫外线消毒法、臭氧杀菌等。这些方 法都有其自身局限性，要么是净化效果不理想；要么是处理成本高，不利于市场推广。市场 上的饮水机只依靠过滤方式对水净化，其效果与水温高低，水质好坏等有一定的关系，时间 长了要频繁更换是它在饮水机上应用的局限性。近年来用纳米二氧化钛(TiO2)等半导体光催化降解水中的污染物，被认为是最有 前途、最有效的处理方法之一。其机理是半导体粒子含有的能带结构和具有连续电子态的 金属不同，通常情况下是由一个充满电子的低能价带(valence band, VB)和一个空的高能 导带(conduction band,CB)构成，价带和导带之间由禁带分开。当用能量大于或等于禁带 宽度(也称带隙，TiO2的带隙为3. 2eV)的光照射半导体时，其价带上的电子(e_)被激发， 越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴OO，形成光生电子_空穴对，其光生电 子具有很强的还原作用，而空穴具有强氧化作用。悬浮在水中的半导体颗粒，在光作用下，出现电子_空穴对，并与半导体表面的水 溶液发生光催化氧化反应，使水分子失去电子，生成氧化能力很强的· OH自由基，·0Η能氧 化大多数有机污染物及部分无机污染物，并能将污染物最终氧化成CO2和Η20。目前，用Ti02光催化剂处理废水主要有悬浮法和固定法，悬浮法是将TiO2光催化 剂悬浮于有机废水中，这种方法催化活性较高，但由于催化剂颗粒细小，难以回收，难于重 复使用，且易造成二次污染；固定法是将纳米TiO2负载于一定的载体上，常用的载体如石 英砂、空心玻璃珠、耐火砖、活性炭、硅胶、沸石等，固定法的优点可重复使用，但光催化活性 低。国内外学者虽然围绕二氧化钛(TiO2)的光催化性能及其影响因素等方面进行了 大量的实验研究，并获得了很大的进展，但二氧化钛(TiO2)光催化实用化的水平仍很低。提 高降解效率是光催化工艺能否得到实际应用的关键。
发明内容
本发明目的是通过改善纳米二氧化钛(TiO2)膜的光催化性能，同时利用紫外消 毒，光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应，提供一种磁助-光解复合水净化装置。该 装置由电源线、带石英玻璃保护套的紫外消毒灯、镀有纳米二氧化钛(TiO2)膜的圆柱形水 容器、出水管、具孔塞子、镀有纳米二氧化钛膜的蛇形玻璃导管和磁铁块组成，紫外消毒灯 通过电源线与外接电源连接，蛇形玻璃导管和出水管一同被固定在具孔塞子中，紫外消毒灯插入蛇形玻璃导管的中空部，具孔塞子插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器中，磁 铁块按照每行三个，共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器外壁。本发明的另一个目的是提供该净化装置在水净化处理中应用。本发明一种磁助-光解复合水净化装置的原理是利用紫外消毒，光催化降解和磁 净化在水净化中的综合效应，使水体得到净化。本发明的创新点是通过磁场作用来提高纳米TiO2膜光催化性能，使之满足实用要 求；利用紫外消毒，光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应，使水体净化更彻底。实施本发明可以快速，高效地净化被轻度污染的水，具有降解效果明显、无二次污 染、能耗和原材料消耗低的优点，具有广阔的市场空间和经济价值。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式本发明结合附图和实施例作进一步的说明。实施例1本发明的磁助-光解复合水净化装置由电源线1、带石英玻璃保护套的紫外消毒 灯2、镀有纳米二氧化钛(TiO2)膜的圆柱形水容器3、出水管4、具孔塞子5、镀有纳米二氧 化钛膜的蛇形玻璃导管6和磁铁块7组成，紫外消毒灯2通过电源线1与外接电源连接，蛇 形玻璃导管6和出水管4 一同被固定在具孔塞子5中，紫外灯2插入蛇形玻璃导管6的中 空部，具孔塞子5插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3中，磁铁块7按照每行三个， 共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3外壁。其中镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3，选用长度为21cm，内径为34mm，厚度 为2mm的玻璃试管，采用溶胶-凝胶在其内壁镀上纳米二氧化钛膜制作而成；带有石英保 护套的紫外灯2选用雪莱特ZW10D15Y(W)-Z212型单端，直管，功率IOW的水处理专用套件 (配有专用整流器和外接电源线1)；蛇形玻璃导管6选用外径为5mm，管壁厚0.5mm的普通 玻璃管制作而成，其内径约为22mm，外径约为32mm，螺旋部分长度为18cm，上端留有6cm延 伸段(插入具孔塞子5的小孔中)；磁铁块7选用规格为40 X 20 X 5mm钕铁硼磁铁12块； 具孔塞子5选用8号橡皮塞子在中部打一个直径为2cm的大孔，边缘分别打两个直径为4mm 的小孔。出水管4选用外径为5mm，管壁厚0. 5mm长度8cm的90°玻璃弯管。纳米二氧化钛制作方法采用溶胶_凝胶法，试剂为分析纯钛酸丁酯，分析纯乙酰 丙酮，分析纯无水乙醇，分析纯硝酸和无离子水。将189ml钛酸丁酯，28. 5ml乙酰丙酮和 290ml无水乙醇混合配制成A液，将290ml无水乙醇，20ml无离子水，5ml硝酸混合配制成B 液，然后将B液缓慢滴加到A液中，即可配制成凝胶液。室温下避光保存陈化24h。将水容器3和蛇形玻璃导管6洗净后，在10%的NaOH溶液中浸泡15min，随后在 10% HCl溶液中浸泡15min无离子水冲洗干净后，105°C烘干备用。将水容器3和蛇形玻 璃导管6浸入凝胶液中15min，然后以lmm/s速度缓慢抽提，室温下自然干燥15min后，于 105°C烘干30min，以上操作重复5次。最后于马弗炉中焙烧，从室温(30°C )以3°C/min的 速度加热至550°C，恒温焙烧lh，然后关闭马弗炉，当温度自然降低到室温后，打开马弗炉取出。装置的组装程序为先将带有石英保护套的紫外灯2、镀有纳米二氧化钛膜的蛇 形玻璃导管6和出水管4固定在具孔塞子5中，其中有石英保护套的紫外灯2插入蛇形玻璃 导管6中空部，随后将具孔塞子5插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器3中，并固定， 磁铁块7按照每行三个，共四行有序地用万能胶固定在圆柱形玻璃水容器3外壁，最后将电 源线1与带有石英保护套的紫外灯2相连，即完成装置的制作和组装。实施例2苯酚及其衍生物是污染水体中常见的一类高毒性和难降解有机物。将lmg/L苯酚 溶液加入实施例1的装置中，静置处理20min后，测得苯酚的清除率达到100%。若水样处 于流动状态，当通过装置的流速彡(容器的总容积+20)/min时，测得的苯酚的清除率达到 100%。注1，挥发酚的检测采用4-氨基安替比林直接光度法(GB7490-87)。2，苯酚去除率的计算分别测样本和净化水的光吸收值，记作Al和A2，则苯酚光解率=(A1-A2)/AlXlOO%实施例3偶氮类化合物结构复杂，具有强烈的生物毒性。将lmg/L氨基黑IOB溶液加入实 施例1的装置，静置处理20min后，测得氨基黑IO-B的脱色率达到100%。若水样处于流动 状态，当通过装置的流速彡(容器的总容积+20)/min时，测得的氨基黑IOB的脱色率达到 100%。注1，染料氨基黑IOB浓度的测定，采用UV-1600紫外可见分光光度计测定溶液在 618nm处的吸光度计算氨基黑IOB溶液浓度变化。2，氨基黑IOB脱色率的计算分别测样本和净化水在618nm处的光吸收值，记作 Al和A2，则氨基黑IOB 脱色率=(A1-A2)/AlXlOO %实施例4取杭州某酶制剂生产工厂的生产废水作为水样，测得废水浓度(mg/L)C0Dra为 4. 632，细菌总数4. 92X IO7个/ml。将水样加入实施例1的装置，静置处理20min，然后让 水样以彡(容器的总容积+20)/min的流速通过装置，净化后的水中COD。,为2. 613，COD清 除率为43.6%，细菌总数为72个/ml。
权利要求
一种磁助-光解复合水净化装置，其特征在于，该装置由电源线(1)、带石英玻璃保护套的紫外消毒灯(2)、圆柱形水容器(3)、出水管(4)、具孔塞子(5)、蛇形玻璃导管(6)和磁铁块(7)组成，紫外消毒灯(2)通过电源线(1)与外接电源连接，蛇形玻璃导管(6)和出水管(4)一同被固定在具孔塞子(5)中，紫外消毒灯(2)插入蛇形玻璃导管(6)的中空部，具孔塞子(5)插入圆柱形水容器(3)中，磁铁块(7)固定在圆柱形水容器(3)外壁。
2.根据权利要求1所述的一种磁助-光解复合水净化装置，其特征在于，圆柱形水容器 (3)和蛇形玻璃导管(6)均镀有纳米二氧化钛膜。
3.根据权利要求1所述的一种磁助-光解复合水净化装置，其特征在于，紫外消毒灯 (2)带石英玻璃保护套。
4.根据权利要求1所述的一种磁助-光解复合水净化装置，其特征在于，磁铁块(7)按 照每行三个，共四行有序地固定在圆柱形水容器(3)外壁。
5.权利要求1所述的一种磁助_光解复合水净化装置在水净化处理中的应用。
全文摘要
本发明提供一种磁助-光解复合水净化装置，由电源线、紫外消毒灯、水容器、出水管、具孔塞子、玻璃导管和磁铁块组成。紫外消毒灯通过电源线与外接电源连接，蛇形玻璃导管和出水管一同被固定在具孔塞子中，紫外灯插入蛇形玻璃导管的中空部，具孔塞子插入镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器中，磁铁块按照每行三个，共四行有序地被固定在镀有纳米二氧化钛膜的圆柱形水容器外壁上。本发明是利用紫外消毒，光催化降解和磁净化在水净化中的综合效应，使水体得到净化，可以快速，高效地净化被轻度污染的水，具有降解效果明显、无二次污染、能耗和原材料消耗低的优点，可在水净化处理中应用。
文档编号C02F1/48GK101811750SQ20101014012
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月2日 优先权日2010年4月2日
发明者欧晓彬, 王根轩, 王楠, 甘毅 申请人:浙江大学