专利名称：纳米转盘光催化水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水处理装置，尤其是适用于生化性较差的废水处理的一种纳米转盘光催化水处理装置。
背景技术：
纳米材料具有优良的光生电子-空穴对特性，而空穴具有较强的氧化能力，可以将吸附于纳米材料表面的有机物氧化，也可以将表面吸附的0H—氧化生成· 0H，同时，O2也能夺取纳米材料表面的e_生成02。, 02。_与H2O和0H—发生一系列复杂的化学反应，也能生成· 0H，而· OH是氧化能力极强的自由基，几乎可以将水中的所有有机物氧化，生产二氧化碳、水和无机盐，另外，很多纳米还具有价廉、稳定和环境友好的特点，必将在水处理领域发挥重要的作用。很多工业废水的可生化性较差，如印染废水、抗生素废水、农药废水等，而针对此类的废水处理，目前国内外多以生化法为主，辅以化学法，但普遍存在处理投资费用大、运行成本高、处理效果不佳等缺点，急需新的技术和方法对其进行处理。纳米光催化水处理技术具有良好的应用前景，其优点是(1)降解速度快，一般只需要几十分钟到几个小时即可取得良好的废水处理效果；( 降解无选择性，几乎能降解任何有机物，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；(3)氧化反应条件温和，投资少，能耗低，用紫外光照射或阳光下即可发生光催化氧化反应；(4)无二次污染，有机物彻底被氧化降解为(X)2和H2O ； (5)应用范围广，几乎所有的污水和废水都可以采用。目前，纳米粉末光催化剂制备工艺已较为成熟，光催化降解效果也比较好。然而粉末状纳米光催化剂在使用过程中存在分散与回收困难、无法重复利用和对光的散射较强、光吸收率不高等一系列问题，甚至存在纳米粉体污染的可能危险。这也是以纳米粉末光催化剂为基础的光催化技术难以大规模应用和商业化推广的主要原因。自20世纪90年代以来，美国、日本等国开展了纳米粉末固定化或纳米薄膜制备的研究。到目前为止，已经试验了多种薄膜制备技术的可行性，并在各种有机物的光催化降解研究中取得了一定的效果。纳米薄膜光催化剂与纳米粉末相比具有不存在分离、可重复利用的优点，但是光催化效率与纳米粉末相比都有不同程度的降低，这是因为催化剂固定后比表面积减小，导致其吸附作用及利用率降低，从而降低了纳米光催化剂的活性。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供气液相传质面积大、光照面积大、光吸收效率高、纳米材料可重复使用和光催化效率高的一种纳米转盘光催化水处理装置，可有效解决现有的废水处理费用高和效果差的问题、以及粉末纳米材料无法回收和纳米薄膜光催化效率差的问题。其解决的技术方案是，包括水槽和转盘，水槽内的转动轴上均置有多个转盘，转盘上覆盖有纳米材料层，相邻的两个转盘之间装有紫外灯或可见灯管，转盘的四周在水槽上端装有挡板，水槽一端有废水进口，另一端有污泥出口，挡板上端有溢流堰，所说的纳米材料层厚度一般为IOnm-I μ m之间。本发明结构独特、使用方便，废水处理效果好，是废水处理装置上的创新。
图1为本发明的立体结构图。图2为本发明拿掉顶棚的立体结构图。图3为本发明拿掉顶棚和挡板的左视图。图4为本发明拿掉顶棚和挡板的主视图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。由图1至图4给出，本发明包括水槽和转盘，水槽1内的转动轴2上均置有多个转盘3，转盘3上覆盖有纳米材料层，相邻的两个转盘3之间装有紫外灯或可见灯管4 (根据纳米材料带隙能确定)，转盘3的四周在水槽1上端装有挡板5，水槽1 一端有废水进口 6， 另一端有污泥出口 7，挡板5上端有溢流堰12，所说的纳米材料层厚度一般为IOnm-Iymi 间。为了保证使用效果，所说的转盘3的厚度一般为2-6毫米，直径为30-300厘米(根据废水流量确定)，两个相邻的转盘间距约为20-30厘米，转盘3最下沿距水槽1底部距离为0. 5-3厘米，转盘3转速为2-3转/分钟，其材料为具有一定强度和韧性，且耐腐蚀的材料制成，当转盘3直径大时，相邻的两个转盘间装多个紫外灯或可见灯管。所说的挡板5为倾斜状，其上端有纵向可移动式顶棚8，在风雨天时，可避免转盘3 和灯管4被风沙和雨水吹打，在晴天，风速适中时，可向一端移走顶棚8，充分利用太阳光， 当移走顶棚8时，倾斜的挡板5可增大阳光照射转盘3的面积。所说的紫外灯或可见灯管4为圆弧形的长灯管，经挡板5上的支架9固定在转盘3 之间，紫外灯或可见灯管4的电源线置于挡板5外侧的电源线固定管10内，并与电源相连。所说的水槽1为半圆形空心体，污泥出口 7置于半圆形底部，经污泥斗11与水槽 1相连，便于废水中的沉淀物的排出。本发明的纳米材料层通过溶胶-凝胶法、溶胶法、水热法等方法制备纳米粒子，通过旋转或浸涂的方式，将纳米溶胶或凝胶均勻地涂在转盘表面，再在高温下加热，可得到纳米晶体，且晶体与转盘表面结合紧密。有些利用上述方法得到的纳米粒子再利用水热法等方法，可以生产纳米棒、纳米线(如aio)、添加特定的电解质，还可以生产纳米管。另外，还可以通过利用直接氧化法或阳极氧化法(如TiO2),可在在金属薄膜表面成纳米材料，然后将金属薄膜覆盖在转盘表面；也可以可以利用电沉积/氧化铝模板法， 可以在金属薄膜表面生成各种半导体材料的纳米棒、纳米管、纳米线、纳米带，可大大提高纳米的比表面积，从而提高其催化性能，然后金属薄膜膜覆盖到转盘表面，制成纳米材料转
ο本发明所指的纳米材料层，包括一切可用于光催化的半导体纳米材料，如金属氧化物 TiO2, ZnO, SnO4, ZrO2, Cu2O, Ce2O, W2O3 等，金属硫化物 CdS、PbS、Ag2S, Sb2S3> ZnS, Bi2S3等，也包括复合金属氧化物导体材料，如BiVO4等。上述纳米材料，如带隙能较大(大于3. OeV),通过掺杂金属或非金属元素、窄带隙半导体敏化、贵金属纳米粒子敏化、有机金属颜料敏化等方法，使其带间隙变窄，吸收光谱向可见光扩展(不仅能利用紫外光，还可利用太阳光)，且能延长光生电子-空穴对的存留时间，从而大大提高其催化性能。本发明的使用情况是，废水经废水进口 6进入水槽1后，在转盘3的转动下，转盘 3上的纳米层上形成一层较薄的水膜附，由于转盘数量(相距约20-30cm)较多，大大提高了光照面积，加快光催化反应速率，如此同时，空气中的氧气不仅能直接向水槽中的水传递， 而且还能向转盘上的水膜传递，大大提高了氧气的气液相传质面积，同时由于水膜较薄，大大减少氧气的液相传质阻力，从而大大提高了氧气向水中传递的速率，也大大降低水对光线的反射和吸收作用，提高光吸收效率，从而极大地提高光催化反应速率，处理后的废水经溢流堰12排走，污泥经污泥出口 7排出。本发明结构独特、使用方便，废水处理效果好，成本低，是生化性较差的废水处理设备上的创新。
权利要求
1.一种纳米转盘光催化水处理装置，包括水槽和转盘，其特征在于，水槽(1)内的转动轴(2 )上均置有多个转盘(3 )，转盘(3 )上覆盖有纳米材料层，相邻的两个转盘(3 )之间装有紫外灯或可见灯管(4)，转盘(3)的四周在水槽(1)上端装有挡板(5)，水槽(1) 一端有废水进口(6)，另一端有污泥出口(7)，挡板(5)上端有溢流堰(12)，所说的纳米材料层厚度一般为IOnm-I μ m之间。
2.根据权利要求1所述的纳米转盘光催化水处理装置，其特征在于，所说的转盘(3)的厚度一般为2-6毫米，直径为30-300厘米，两个相邻的转盘间距约为20-30厘米，转盘(3) 最下沿距水槽(1)底部距离为0. 5-3厘米，转盘(3)转速为2-3转/分钟，当转盘(3)直径大时，相邻的两个转盘间装多个紫外灯或可见灯管。
3.根据权利要求1所述的纳米转盘光催化水处理装置，其特征在于，所说的挡板(5) 为倾斜状，其上端有纵向可移动式顶棚(8)。
4.根据权利要求1所述的纳米转盘光催化水处理装置，其特征在于，所说的紫外灯或可见灯管(4)为圆弧形的长灯管，经挡板(5)上的支架(9)固定在转盘(3)之间，紫外灯或可见灯管(4)的电源线置于挡板(5)外侧的电源线固定管(10)内，并与电源相连。
5.根据权利要求1所述的纳米转盘光催化水处理装置，其特征在于，所说的水槽(1)为半圆形空心体，污泥出口(7)置于半圆形底部，经污泥斗(11)与水槽(1)相连。
6.根据权利要求1所述的纳米转盘光催化水处理装置，其特征在于，所说的纳米材料层为由 Ti02、ZnO、SnO4、ZrO2, Cu2O, Ce2O, W2O3 或 CdS、PbS、Ag2S、Sb2S3, ZnS、Bi2S3 或 BiVO4 的一种制成。
全文摘要
本发明涉及气液相传质面积大、光照面积大、光吸收效率高、纳米材料可重复使用和光催化效率高的一种纳米转盘光催化水处理装置，可有效解决现有的废水处理费用高和效果差的问题、以及粉末纳米材料无法回收和纳米薄膜光催化效率差的问题，其解决的技术方案是，包括水槽和转盘，水槽内的转动轴上均置有多个转盘，转盘上覆盖有纳米材料层，相邻的两个转盘之间装有紫外灯或可见灯管，转盘的四周在水槽上端装有挡板，水槽一端有废水进口，另一端有污泥出口，挡板上端有溢流堰，所说的纳米材料层厚度一般为10nm-1μm之间，本发明结构独特、使用方便，废水处理效果好，是废水处理装置上的创新。
文档编号C02F1/32GK102295318SQ20111023689
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者刘碧波, 周继军, 张雁秋, 武秀琴, 陈纳, 马梦娟 申请人:河南工程学院