专利名称：一种处理难降解有机物的光电催化装置的制作方法
技术领域：
本发明属于应用光电催化处理难降解有机物的装置，属于光电催化技术领域。
背景技术：
随着工业的快速发展，工业废水的产生也在逐年增加，大部分工业废水中含有生物难降解有机物，难降解有机物如果未经有效处理排入环境会对环境造成严重破坏，从而进一步危害人类的健康，因此，近年来研究者对难降解有机物的处理备受关注。传统的生化方法不能有效去除难降解有机物，因此选出合适的处理方法至关重要。近年来有人应用光电催化原理处理难降解有机物达到很好的效果，废水经过处理后部分有机物矿化，并且出水可生化性大大提高，其出水再经过生化处理可以达到排放标准。光电催化原理主要是通过电极和催化材料的作用产生H2O2、羟基自由基等活性基团来氧化水体中的有机物。TiO2作为半导体，具有特殊的外层电子结构，在紫外光照射下可以产生“空穴”效应，外加电场的存在可延长TiO2的空穴-电子复合时间，增强“空穴”效应，增加了紫外光利用率，从而生成较多的氢氧自由基，TiO2是迄今为止最为广泛且理想的光电催化剂。光电催化处理废水存在的问题
1光电催化剂和废水难分离。光催化剂粒径小，但其必须与废水充分接触才能达到好的处理效果，若直接将光催化剂投入废水中应用，处理后很难将催化剂与水分离。2能耗高。在光电催化中有曝气，紫外灯和电解电源，其会耗用大量电能。3浓差极化现象。由于有机物和离子扩散不能立即生成，在电极表面会产生浓差极化，降低光催化效率。4 一次性处理效率低。对高浓度有机废水，一次性通过反应装置很难达到理想的处理效果。
发明内容
本发明的任务是针对现有的问题光电催化剂和废水难分离，能耗高，浓差极化现象和一次性处理效率低，提出了可以解决其的一种处理难降解有机物的光电催化装置。本发明的技术方案是一种处理难降解有机物的光电催化装置，包括反应器壳体、 石墨电极、紫外灯管、负载TiO2的活性炭颗粒、直流电源、带有空气吸气管的水射器、进/出水端尼龙网、排气管、电线导管、进水管、出水管和循环回流管。所述反应器壳体的形状为圆筒形，底部形状为圆锥形，顶部设有顶盖，用绝缘材料可选聚乙烯做顶盖将反应装置密封，壳体用不锈钢制成，外部以绝缘材料包裹，反应器壳体接直流电源的阴极作为负极；反应装置中轴处安有石墨电极，其接直流电源的阳极作为正极；以石墨电极和壳体的距离的一半为半径的圆上均勻放置8支紫外灯管，且灯管平行于石墨电极，这样可保证反应装置内光强分布均勻。在反应装置的顶部和底部均装有孔径 <lcm的尼龙网，在两个尼龙网之间放有粒径<lcm的负载TiO2的颗粒活性炭；该反应装置底部装有进水端尼龙网和进水管，并且在进水管上依次安装进水泵、带有吸气管的水射器、
3进水阀和进水流量计，在反应装置顶部设有电线导管、排气管和出水管，正极、负极和紫外灯管均是通过电线导管同外部电源相连；在反应装置的出水管和泵的进水管之间安有循环管，调节循环管上的循环阀，并通过循环流量计控制其出水回流量和排放量的比例，保证反应装置一次性处理后排放的水符合标准。本发明之优点和积极效果如下所述
1、在反应装置的顶部和底部均装有孔径<lcm的尼龙网，在两个尼龙网之间放有粒径 <lcm的负载TiO2的颗粒活性炭，进水以一定的速度流进反应装置可以使颗粒活性炭产生流化现象，负载TiO2的颗粒活性炭在反应装置中分布均勻，可有效利用紫外光，并且由扰动作用可使负载TiO2的颗粒活性炭表面的浓差极化现象减小，增加传质速率，提高废水处理效率；尼龙网主要作用是将颗粒活性炭保持在反应区，防止堵塞进水管和随出水流出，可以实现光催化剂和废水出水有效地分离。2、反应装置的进水管处安有水射器，上面带有空气吸口，其主要作用提高进水的溶解氧气，增强TiO2光电催化效果；循环管和进水管处均安有阀门和流量计，排水端安有阀门，其主要作用是调节循环水流量保持反应装置进水流速，同时部分出水回流稀释了进水浓度，根据进水水质不同调节不同的回流比，使反应装置处理出水达到标准，解决了高浓度有机废水一次性处理效果差的问题。3、紫外灯管照射下负载在活性炭颗粒上的TiO2产生“空穴”效应，既而生成氢氧自由基，其可以氧化废水中的大部分有机物，外加电场的存在增强了“空穴”效应，可以提高 TiO2光催化效率，并且，紫外灯的光强和活性炭颗粒的均勻分布以及颗粒扰动情况下浓差极化减少，传质速率加强，都会提高反应装置的处理效率，有效利用能源节约电耗。
附图为本发明的结构示意图。图中1-进水泵，2-水射器，3-吸气管，4-进水阀，5-进水流量计，6_进水管， 7-进水端尼龙网，8-石墨电极(阳极)，9_紫外灯管，10-反应器壳体(阴极)，11-负载TiO2的活性炭颗粒，12-出水端尼龙网，13-电线导管，14-顶盖， 15-排气管， 16-出水管，17-排水阀，18-循环管，19-循环阀，20-循环流量计， 21-紫外灯电源， 22-直流电源。
具体实施例方式本发明一种处理难降解有机物的光电催化装置结构为一圆筒形金属反应器壳体 10，底部形状为圆锥形，壳体用不锈钢制成，外部以绝缘材料包裹，反应器壳体10接直流电源22的阴极作为负极；反应装置中轴处安有石墨电极8，其接直流电源22的阳极作为正极；以石墨电极8和反应器壳体10的距离的一半为半径的圆上均勻放置8支紫外灯管9，且灯管平行于石墨电极，这样可保证反应装置内光强分布均勻。石墨电极8和反应器壳体10 之间放有负载TiO2的活性炭颗粒11，其粒径<lcm ；反应装置底部装有进水端尼龙网7和进水管6，并且在进水管上依次安装进水泵1，带有吸气管3的水射器2，进水阀4和进水流量计5，反应装置顶部装有出水端尼龙网12、出水管16、电线导管13、排气管15和顶盖14 ；其中出水管16安装有排水阀17，进水端尼龙网7和出水端尼龙网12的孔径<lcm，负载TiO2的活性炭颗粒11在两个尼龙网之间，石墨电极8和紫外灯管9电线通过电线导管13分别与外部直流电源22、紫外灯电源21相接，用绝缘材料可选聚乙烯做顶盖14将反应装置密封，顶盖14和反应器壳体10靠螺丝固定，顶盖14上设有人孔，方便设备检修，并且维修需要时顶盖14可以整体拆除；循环管18 —端接在出水管16处，另一端接在进水泵1前端的进水管6处，通过循环管18上的循环阀19及循环流量计20来控制其出水回流量和排放量的比例。
权利要求
1.一种处理难降解有机物的光电催化装置，包括反应器壳体、石墨电极、紫外灯管、负载TiO2的活性炭颗粒，其特征在于所述反应器壳体为一圆筒形金属反应器壳体10，反应装置底部呈圆锥形，顶部用聚乙烯材料制成顶盖14密封，在该反应装置中轴处放入石墨电极8，直流电源22连接金属反应器壳体10和石墨电极8，石墨电极8和反应器壳体10之间放入紫外灯管9和负载TiO2的活性炭颗粒11，反应装置底部装有进水管6和进水端尼龙网 7，其连接进水泵2，在进水管6上装有水射器4，水射器4上装有吸气管3，反应装置顶部装有出水端尼龙网12、排气管15、出水管16和电线导管13，在反应装置出水管和进水泵的进水管之间安有循环管18。
2.如权利要求1所述的一种处理难降解有机物的光电催化装置，其特征在于圆筒形金属反应器壳体10选用不锈钢材料制作，壳体外由绝缘材料包裹。
3.如权利要求1所述的一种处理难降解有机物的光电催化装置，其特征在于紫外灯管 9套在石英玻璃套管中，在以石墨电极8为圆心，石墨电极8和反应器壳体10的距离的一半为半径的圆上均勻放置8支紫外灯管9，且平行于石墨电极8。
4.如权利要求1所述的一种处理难降解有机物的光电催化装置，其特征在于负载TiO2 的活性炭颗粒11直径<lcm，反应装置圆锥形底部和顶部安装进水端尼龙网7和出水端尼龙网12，尼龙网的孔径<lcm。
5.如权利要求1所述的一种处理难降解有机物的光电催化装置，其特征在于循环管 18上安有循环阀门19和循环流量计20。
全文摘要
本发明提供一种处理难降解有机物的光电催化装置。该装置主要包括一圆筒形金属反应器壳体，在该反应装置中轴处放入石墨电极，直流电源连接金属反应器壳体和石墨电极，石墨电极和反应器壳体之间放入紫外灯管和负载TiO2的活性炭颗粒；反应装置底部装有进水管和进水端尼龙网，并且在进水管上依次安装进水泵，带有吸气管的水射器和进水流量计；反应装置顶部装有出水端尼龙网、排气管、电线导管和用绝缘材料可选聚乙烯做的顶盖；循环管一端接在出水管处，另一端接在进水泵前端的进水管处，调节循环管上的循环阀控制其出水回流量和排放量的比例。本装置处理难降解有机物效率高，能耗低，投资成本低，废水一次性处理效果好，且运行维护方便。
文档编号C02F1/72GK102358635SQ20111028166
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者张文龙, 李轶, 王晴, 胡啸 申请人:河海大学