一种羟基自由基高效产生应用装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种羟基自由基高效产生应用装置及其使用方法，在外壳内套设一个两端开口的导流筒，并在导流筒底部设置进气管，将反应的液体加入到外壳中，并将导流筒浸没，由进气管向内持续注入空气，则在导流筒内产生向上运行的气流，液体由气流带动下在导流筒内部也向上运行，运行到导流筒顶部之后，在重力作用下向导流筒周边分散并向下运行，并重新到达所述外壳底部，从而使液体形成经过导流筒内部及导流筒侧壁与外壳侧壁之间的内循环系统，使液体中的催化剂与电极板充分接触，产生大量的羟基自由基，并使产生的羟基自由基及时地与液体中的反应材料接触，避免羟基自由基在局部的累计造成失效，能够有效提高羟基自由基的利用效率。
【专利说明】一种羟基自由基高效产生应用装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自由基发生装置，更具体地说，本发明涉及一种羟基自由基高效产生应用装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]羟基自由基是一种重要的活性氧，具有极强的氧化性，可以与大多数有机物发生反应将其氧化分解为二氧化碳和水。由于其具有零污染的效果，目前主要应用在废水处理等领域。产生羟基自由的方法主要有:电Fenton法，电解氧化法，半导体电催化法和半导体光电催化法。
[0003]羟基自由基比较活跃，存在时间极短，要发挥其作用，必须让其在产生的同时与反应物充分混合，才能充分利用产生的羟基自由基，但是目前的羟基自由基的产生装置中往往因为不能使羟基自由基与反应物及时充分地接触，从而降低对羟基自由基的利用效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种羟基自由基高效产生应用装置，能够高效产生羟基自由基，并能够使羟基自由基及时与反应物充分接触，提高羟基自由基的利用率。
[0005]本发明的另一个目的是，提供一种使羟基自由基的产生及反应体系进行循环流动的方法。
[0006]本发明还有一个目的是，提供一种高效产生羟基自由基的方法。
[0007]本发明还有一个目的是，提供一种对羟基自由基进行高效利用的方法。
[0008]本发明的技术方案为:
[0009]一种羟基自由基高效产生应用装置，包括:
[0010]外壳，其为竖直设置的一端开口的筒体；
[0011]导流筒，其为两端开口的筒体，所述导流筒竖直套设于所述外壳内部，且所述导流筒侧壁与外壳侧壁之间，以及导流筒底部与外壳底部之间均设置有一定的间隔距离；
[0012]进气管，其第一端穿过所述外壳底部并与所述外壳内部连通；
[0013]电极板，其布置于所述导流筒侧壁与外壳侧壁之间，所述电极板分别与直流电源的正负极相连。
[0014]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述进气管的第一端设置有空气分布器，所述空气分布器上设置有多个出气孔，所述多个出气孔可呈直线、曲线或环形布置；所述多个出气孔均与所述进气管连通；
[0015]另外，所述进气管的第二端与送风装置连接。
[0016]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述导流筒的中轴线与所述外壳的中轴线重合设置；所述多个出气孔以所述导流筒及外壳的中轴线为中心对称或环绕分布；且所述空气分布器的位置高于所述导流筒的下部边缘。
[0017]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳底部设置为球面。
[0018]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳底部还设置有用于支撑所述导流筒的支架。
[0019]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述支架上的不同高度处设置有用于卡制所述导流筒的固定件，用于将所述导流筒固定于所述外壳内不同的高度。
[0020]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述电极板为两个，并在外壳内对称布置，所述电极板可为石墨板、平板铁、不锈钢、铂金或充氧的碳一聚四氯乙烯；与所述电极板连接的直流电源的电流强度为lmA-10A。
[0021]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳及导流筒均设置为中空的圆柱体，所述外壳的高径比为1: 1-10: I ;所述外壳底部球面半径与外壳的半径比为1: 1-10: I ;所述导流筒直径与外壳直径比为1: 2-1: 10;所述导流筒高度不超过所述外壳高度的4/5。
[0022]一种羟基自由基高效产生应用装置的使用方法，包括以下步骤:
[0023]步骤一、向所述外壳内加入一定量的无机盐溶液及用于产生羟基自由基的催化剂，并使液面高于所述电极板及导流筒的上部边缘；
[0024]步骤二、接通所述直流电源，并启动所述送风装置，外壳内液体在气体带动下形成贯通导流筒及导流筒与外壳之间间隔的内部循环，并在液体的循环流动中催化剂与电极板接触产生羟基自由基。
[0025]优选的是，所述的羟基自由基高效产生应用装置的使用方法中，所述无机盐浓度为1-50% (w/v)，所述外壳内总装液量为外壳体积的60% -90%;所述催化剂的用量为总装液量的 1% -80% (w/v) ο
[0026]本发明至少包括以下有益效果:首先，通过在外壳内套设一个两端开口的导流筒，将外壳内部分隔为内、外两层相互连通的空间，并在导流筒底部设置进气管，将反应的液体加入到外壳中，并将所述导流筒浸没，由进气管向内持续注入空气，则在导流筒内产生向上运行的气流，液体由气流带动下在导流筒内部也向上运行，运行到导流筒顶部之后，在重力作用下向导流筒周边分散并向下运行，并重新到达所述外壳底部，从而使液体形成经过导流筒内部及导流筒侧壁与外壳侧壁之间的内循环系统，液体在循环往复的流动中，一方面，会使液体中的催化剂与电极板充分接触，产生大量的羟基自由基；另一方面，会使产生的羟基自由基及时地与液体中的反应材料接触，避免羟基自由基在局部的累计造成失效，能够有效提尚轻基自由基的利用效率。
[0027]另外，通过在进气管的第一端设置带有多个出气孔的空气分布器，可使进入的气体通过多个出气孔分散成多个气泡，并在导流筒内均匀分布，从而使向上运行的气流更加平稳，还能够适当减小单个气泡的体积，避免体积较大的气泡到达液面时产生爆沸现象。同时，通过在外壳底部设置带有固定件的支架，可将导流筒牢固地固定于外壳内部，并可方便地调节导流筒的高度，以适应不同的需要。
[0028]最后，本发明通过将外壳底部设置为球面，使外壳的侧壁和底面之间可连接构成光滑的无棱角的弧面，不仅能够促进液体的循环流动，而且能够有效防止物料在底部的沉淀与堆积。
[0029]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研宄和实践而为本领域的技术人员所理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明所述的羟基自由基高效产生应用装置的结构示意图；
[0031]图2为本发明所述的羟基自由基高效产生应用装置中液体的循环流动示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
[0033]如图1所示，一种羟基自由基高效产生应用装置，包括:
[0034]外壳I，其为竖直设置的一端开口的筒体；
[0035]导流筒2，其为两端开口的筒体，所述导流筒2竖直套设于所述外壳I内部，且所述导流筒2侧壁与外壳I侧壁之间，以及导流筒2底部与外壳I底部之间均设置有一定的间隔距离；
[0036]进气管3，其第一端穿过所述外壳I底部并与所述外壳I内部连通；
[0037]电极板7，其布置于所述导流筒2侧壁与外壳I侧壁之间，所述电极板7分别与直流电源的正负极相连。
[0038]通过在外壳I内套设一个两端开口的导流筒2，将外壳I内部分隔为内、夕卜两层相互连通的空间，并在导流筒2底部设置进气管3，将反应的液体加入到外壳I中，并将所述导流筒2浸没，如图2所示，由进气管3向内持续注入空气，则在导流筒2内产生向上运行的气流，气体上升至液面处由外壳I顶部排出，液体由气流带动下在导流筒2内部也向上运行，运行到导流筒2顶部之后，在重力作用下向导流筒2周边分散并向下运行，并重新到达所述外壳I底部，并通过导流筒2底部重新进入导流筒2内向上运行，从而使液体形成经过导流筒2内部及导流筒2侧壁与外壳I侧壁之间的内循环系统，液体在循环往复的流动中，一方面，会使液体中的催化剂与电极板7充分接触，产生大量的羟基自由基；另一方面，会使产生的羟基自由基及时地与液体中的反应材料接触，避免羟基自由基在局部的累计造成失效，能够有效提尚轻基自由基的利用效率。
[0039]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述进气管3的第一端设置有空气分布器4，所述空气分布器4上设置有多个出气孔5，所述多个出气孔5可呈直线、曲线或环形布置；所述多个出气孔5均与所述进气管3连通。通过在进气管3的第一端设置带有多个出气孔5的空气分布器4，可使进入导流筒2的气体通过多个出气孔5分散成多个气泡，并在导流筒2内均匀分布，从而使向上运行的气流更加平稳，还能够适当减小单个气泡的体积，避免体积较大的气泡到达液面时产生爆沸现象。
[0040]另外，所述进气管3的第二端与送风装置连接，所述送风装置可以为鼓风机或空压机等，由送风装置持续地以一定的速率向外壳I底部通入空气，并形成相上运行的气流。
[0041]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述导流筒2的中轴线与所述外壳I的中轴线重合设置，使导流筒2设置在外壳I的中部，并与外壳I的侧壁平行；所述多个出气孔5以所述导流筒2及外壳I的中轴线为中心对称或环绕分布，使气泡在导流筒2内均匀分布；且所述空气分布器4的位置高于所述导流筒2的下部边缘，使气泡能够在导流筒2内部产生并沿导流筒2向上运行，形成带动导流筒2内液体向上运行的平稳的气流，从而保证外壳I内的液体保持内循环状态。
[0042]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳I底部设置为球面。所述外壳I内壁和所述球面的内壁均设置为光滑的表面，并且外壳I的侧壁和底面之间通过焊接或铆接构成光滑的无棱角的弧面，不仅能够促进液体的循环流动，而且能够有效防止物料在底部的沉淀与堆积。
[0043]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳I底部还设置有用于支撑所述导流筒2的支架6。所述支架6可放置于外壳I底部，或可通过焊接或卡制的方式与所述外壳I底部固定连接，用于将导流筒2固定。
[0044]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述支架6上的不同高度处设置有用于卡制所述导流筒2的固定件，用于将所述导流筒2固定于所述外壳I内不同的高度。所述固定件可以为多个卡环，可将导流筒2放置于支架6不同的高度处，并通过固定件进行卡制，从而对导流筒2进行固定，并且可方便进行高度调节，以适应不同的需要。
[0045]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述电极板7为两个，并在外壳I内对称布置，所述电极板7可为石墨板、平板铁、不锈钢、铂金或充氧的碳一聚四氯乙烯等材料，当选用石墨板作为电极板时两个电极板可以是相同的，既均为石墨电极；与所述电极板7连接的直流电源的电流强度为lmA-10A。
[0046]所述的羟基自由基高效产生应用装置中，所述外壳I及导流筒2均设置为中空的圆柱体，所述外壳I的高径比为1: 1-10: I ;所述外壳I底部球面半径与外壳I的半径比为1: 1-10: I ;所述导流筒2直径与外壳I直径比为1: 2-1: 10;所述导流筒2高度不超过所述外壳I高度的4/5。
[0047]一种羟基自由基高效产生应用装置的使用方法，包括以下步骤:
[0048]步骤一、向所述外壳I内加入一定量的无机盐溶液及用于产生羟基自由基的催化剂，所述外壳I内总装液量为外壳I体积的60% -90%,并使液面高于所述电极板7及导流筒2的上部边缘。所述的无机盐溶液可为NaCl、KC1或NaNO3溶液等，所述无机盐溶液的浓度为1-50% (w/v)，所述催化剂一般为炭基材料、芬顿试剂或过渡金属等，所述催化剂的用量为总装液量的1% -80% (w/v)。
[0049]步骤二、接通所述直流电源，并启动所述送风装置，外壳I内液体在气流带动下形成贯通导流筒2及导流筒2与外壳I之间间隔的内部循环，在液体的循环流动中，液体中的催化剂与电极板7接触，在电场力作用下产生羟基自由基，并在液体的循环流动状态下，所产生的羟基自由基与液体中的反应物充分接触，产生氧化分解作用。
[0050]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，包括: 外壳，其为竖直设置的一端开口的筒体； 导流筒，其为两端开口的筒体，所述导流筒竖直套设于所述外壳内部，且所述导流筒侧壁与外壳侧壁之间，以及导流筒底部与外壳底部之间均设置有一定的间隔距离； 进气管，其第一端穿过所述外壳底部并与所述外壳内部连通； 电极板，其布置于所述导流筒侧壁与外壳侧壁之间，所述电极板分别与直流电源的正负极相连。
2.如权利要求1所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述进气管的第一端设置有空气分布器，所述空气分布器上设置有多个出气孔，所述多个出气孔可呈直线、曲线或环形布置；所述多个出气孔均与所述进气管连通； 另外，所述进气管的第二端与送风装置连接。
3.如权利要求2所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述导流筒的中轴线与所述外壳的中轴线重合设置；所述多个出气孔以所述导流筒及外壳的中轴线为中心对称或环绕分布；且所述空气分布器的位置高于所述导流筒的下部边缘。
4.如权利要求1所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述外壳底部设置为球面。
5.如权利要求1所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述外壳底部还设置有用于支撑所述导流筒的支架。
6.如权利要求5所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述支架上的不同高度处设置有用于卡制所述导流筒的固定件，用于将所述导流筒固定于所述外壳内不同的高度。
7.如权利要求1所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述电极板为两个，并在外壳内对称布置，所述电极板可为石墨板、平板铁、不锈钢、铂金或充氧的碳-聚四氯乙烯；与所述电极板连接的直流电源的电流强度为ImA-lOA。
8.如权利要求1所述的羟基自由基高效产生应用装置，其特征在于，所述外壳及导流筒均设置为中空的圆柱体，所述外壳的高径比为1: 1-10: I ;所述外壳底部球面半径与外壳的半径比为1: 1-10: I ;所述导流筒直径与外壳直径比为1: 2-1: 10;所述导流筒高度不超过所述外壳高度的4/5。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的羟基自由基高效产生应用装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、向所述外壳内加入一定量的无机盐溶液及用于产生羟基自由基的催化剂，并使液面高于所述电极板及导流筒的上部边缘； 步骤二、接通所述直流电源，并启动所述送风装置，外壳内液体在气流带动下形成贯通导流筒及导流筒与外壳之间间隔的内部循环，并在液体的循环流动中催化剂与电极板接触广生轻基自由基。
10.如权利要求9所述的羟基自由基高效产生应用装置的使用方法，其特征在于，所述无机盐浓度为1-50% (w/v)，所述外壳内总装液量为外壳体积的60% -90%;所述催化剂的用量为总装液量的1% -80% (w/v)。
【文档编号】C02F1/72GK104496003SQ201410771035
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】李晨, 张东远, 高乐, 赫荣琳, 王海军, 陈树林 申请人:中国科学院天津工业生物技术研究所