可对污染物光催化降解产物进行实时分离及检测的装置的制作方法

本实用新型属于污水处理和环境保护技术领域，涉及一种可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置。

背景技术：

随着世界经济的迅猛发展，工业化、汽车化和城市化等制造的各种污染物，使得环境受到严重污染，危害了人类的健康，其中最严重是水体污染，大量有毒有害物质流入水体，引起水质下降，毒死水生生物，然而自然降解的自净能力有限，故光催化降解有毒有害物质是很必要的。近几十年来，光催化技术因具有反应条件温和、能耗低、极大的减少了环境污染等突出优点，使得环境得到有效的改善和保护。

开发新型光催化降解仪器是急迫所需。大多数光催化降解仪器装置用到的灯源是固定某种波长的光源，不可更换。中国实用新型专利CN205011533U公开了一种超声-光催化联用反应装置，该装置有效降解有机废水，矿化了大部分有机污染物，且有杀菌消毒的作用，但其灯源不可换且没有对降解的中间产物实时分离及检测；中国实用新型专利CN201325911Y公开了在线监测双膜净水设备，该设备所用的检测仪可实时监测水质，净化的水可直接饮用，但其没有对降解产物进行实时分离；中国实用新型专利CN203513323U公开了一种可循环降解工业废水中高浓度有机物的光催化智能装置，该装置用到了紫外光降解有机物，用UV在线监测，但其灯源不可换也没有对降解产物进行实时分离；中国发明专利CN102151534B，虽然有分离系统(冷凝器和回流管)和检测系统，但是分离系统太过复杂且不易操作，检测系统只用到了气相色谱(GC)，检测不够完善。综上说述，利用GC-MS和紫外实时检测，以及降解产物分离的一体化光催化反应装置至今还没有，因此实用新型可实时分离和检测降解产物且灯源可换的光催化装置很有必要。本实用新型的分离装置是柱径可调、长短可换和种类不同的层析柱。柱层析的原理是利用混合物中各组分在某一物质中的吸附、溶解能力或其它亲和作用性能的差异，使混合物的溶液流经这种物质时，进行反复的吸附或者分配等作用，从而将组分分开。柱层析是一种成熟且分离效率很高的分离技术，广泛的应用于实验室和工业上。通过对降解产物的实时分离和检测，可推测污染物的降解机理。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置，其特征在于：所述可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置包括光催化反应瓶、可更换式光源、曝气装置、层析柱以及实时分离和检测装置；所述光催化反应瓶的顶部以及底部分别设置有顶部开口以及底部开口；所述光催化反应瓶的瓶身上设置有气体进口以及气体出口；所述可更换式光源通过光催化反应瓶的顶部开口插入光催化反应瓶中；所述曝气装置通过光催化反应瓶瓶身上的气体进口与光催化反应瓶内部相贯通；所述光催化反应瓶底部开口通过层析柱与实时分离和检测装置相连通。

作为优选，本实用新型所采用的实时分离和检测装置是气体流量含量检测仪、气相色谱质谱联用仪、紫外可见光光度计或其组合。

作为优选，本实用新型所采用的实时分离和检测装置是气体流量含量检测仪时，所述气体流量含量检测仪与光催化反应瓶瓶身上的气体出口相连通；所述实时分离和检测装置是气相色谱质谱联用仪和/或紫外可见光光度计时，所述气相色谱质谱联用仪和/或紫外可见光光度计与层析柱的底部相连通。

作为优选，本实用新型所采用的气体流量含量检测仪包括出气流量计、气体流量计以及二氧化碳测量仪，所述二氧化碳测量仪的灵敏度是0.1ppm，所述二氧化碳测量仪的检测范围0至10000ppm；所述光催化反应瓶瓶身上的气体出口通过出气流量计分别与气体流量计以及二氧化碳测量仪相连通；所述出气流量计与气体流量计之间设置有气体流量阀门；所述出气流量计与二氧化碳测量仪之间设置有二氧化碳测量仪阀门。

作为优选，本实用新型所采用的层析柱包括层析柱进口以及层析柱出口；所述层析柱进口上设置有分合接口；所述光催化反应瓶的底部开口通过排泄阀门与分合接口相连；所述层析柱出口设置有底部阀门、漏液阀门以及紫外检测阀门和/或气质联用检测阀门；所述底部阀门通过紫外检测阀门与紫外可见光光度计相连；所述底部阀门通过气质联用检测阀门与气相色谱质谱联用仪相连；所述底部阀门与漏液阀门相连通。层析柱可一体化使用，也可拆分单独使用，可换用不同种类(玻璃层析柱、大孔吸附树脂层析柱和有机玻璃层析柱等)、不同柱径、不同长度的层析柱，固定相可以为硅胶、氧化铝等，便于降解物的分离。

作为优选，本实用新型所采用的层析柱内部设置有砂板。

作为优选，本实用新型所采用的曝气装置包括通气泵、进气流量计、进气阀门以及进气管；所述通气泵通过进气阀门以及进气流量计与进气管相连通；所述进气管光催化反应瓶瓶身上的气体进口与光催化反应瓶内部相贯通；处于光催化反应瓶内部的进气管的端部和/或侧壁上开设有曝气头。

作为优选，本实用新型所采用的可更换式光源包括第一玻璃管、第二玻璃管、进口、出口、电线灯套以及灯源；所述第一玻璃管套装在第二玻璃管外部并与第二玻璃管之间设置有空隙；所述第一玻璃管的管壁上开设有进口以及出口，通入的可以是水，也可以是其他溶剂，视情况通入相应的液体；所述灯源置于第二玻璃管内部；所述电线的一端与灯源相连，另一端从第二玻璃管的端部伸出；所述进口通过第一玻璃管与第二玻璃管之间的空隙与出口相贯通。

作为优选，本实用新型所采用的第一玻璃管的管壁上套装有密封套。

作为优选，本实用新型所采用的灯源是LED灯、汞灯、碘钨灯、紫外灯或氙灯中的任意一种灯管；所述灯源的强度是可调节的。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果如下：

1)本实用新型提供了一种实时分离、检测污染物光催化降解产物的装置，可一体化使用，也可单独使用。可根据实验需要更换目标污染物种类，进行一种或者多种污染物降解测试，再通入相应的气体(臭氧、氧气及空气等)，可方便的控制反应条件，并能够实现中间产物的实时分离、检测。

2)光催化降解的产物碎片可实时分离检测，气相碎片(CO₂)用二氧化碳测量仪进行检测分析，液相碎片用气相色谱质谱联用仪和紫外可见分光光度计检测分析。

3)可通入臭氧，臭氧是一种氧化性极强的氧化剂，具有杀菌、消毒、除色等功能，可协同光催化降解，可以有效的用于污水的处理中；可通入氧气，氧气是一种氧化性较强的氧化剂，可以加速氧化有毒有害物质，促进光催化降解；可通入空气，可使反应条件温和，可用于柱层析加压；可通入氮气，可赶走仪器内其他气体，也可以作为保护气。

4)灯源可换，根据条件需求，选择不同类型的灯源。可选紫外灯、氙灯、碘钨灯、汞灯和LED灯等，紫外光除了可做光催化降解的光源，同时还具有杀菌消毒作用。

5)层析柱可换玻璃层析柱、大孔吸附树脂层析柱和有机玻璃层析柱等种类。可一体化使用，也可拆分单独使用，可换用不同柱径、不同长度的层析柱，以便于降解物的分离。

本实用新型提出一种实时分离、检测污染物光催化降解产物的装置，可实现光源可调、中间产物可分离、反应过程实时检测的一体化装置，同时光催化装置可通入臭氧(氧气或空气)参与反应，通入空气时，可用于柱层析分离加压。此外，使用的紫外光、臭氧都具有杀菌消毒功能，可用于仪器自清洁。

附图说明

图1是本实用新型所提供的可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置的结构示意图；

图2是本实用新型所采用的灯源部分的结构示意图；

附图标记说明如下：

1-进口；2-密封套；3-灯源；4-电线灯套；5-出口；6-出气流量计；7-气体流量阀门；8-二氧化碳测量仪阀门；9-光催化反应瓶；10-排泄阀门；11-曝气头；12-进气流量计；13-进气阀门；14-分合接口；15-砂板；16-底部阀门；17-紫外检测阀门；18-漏液阀门；19-气质联用检测阀门；20-气相色谱质谱联用仪；21-紫外可见光光度计。

A-通气泵(臭氧、氧气或者空气等)；B-气体流量计；C-二氧化碳测量仪。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1，本实用新型提供了一种可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置，包括光催化反应瓶9、可更换式光源、曝气装置以及实时分离和检测装置；光催化反应瓶9的顶部以及底部分别设置有顶部开口以及底部开口；光催化反应瓶9的瓶身上设置有气体进口以及气体出口；可更换式光源通过光催化反应瓶9的顶部开口插入光催化反应瓶9中；曝气装置通过光催化反应瓶9瓶身上的气体进口与光催化反应瓶9内部相贯通；实时分离和检测装置与光催化反应瓶9瓶身上的气体出口和/或光催化反应瓶9的底部开口通过层析柱相连通。

实时分离和检测装置是气体流量含量检测仪、气相色谱质谱联用仪20、紫外可见光光度计21或其组合。

实时分离和检测装置是气体流量含量检测仪时，气体流量含量检测仪与光催化反应瓶9瓶身上的气体出口相连通；实时分离和检测装置是气相色谱质谱联用仪20和/或紫外可见光光度计21时，气相色谱质谱联用仪20和/或紫外可见光光度计21与光催化反应瓶9的底部开口通过层析柱相连通。

气体流量含量检测仪包括出气流量计6、气体流量计以及二氧化碳测量仪；光催化反应瓶9瓶身上的气体出口通过出气流量计6分别与气体流量计以及二氧化碳测量仪相连通；出气流量计6与气体流量计之间设置有气体流量阀门7；出气流量计6与二氧化碳测量仪之间设置有二氧化碳测量仪阀门8。气体流量计可测量臭氧或氧气消耗量；二氧化碳测量仪可检测矿化物二氧化碳的量，气体流量计以及二氧化碳测量仪兼有气孔的功能

可对污染物光催化降解产物进行实时分离和检测的装置还包括层析柱；层析柱包括层析柱进口以及层析柱出口；层析柱进口上设置有分合接口14；光催化反应瓶9的底部开口通过排泄阀门10与分合接口14相连；层析柱出口设置有底部阀门16、漏液阀门18以及紫外检测阀门17和/或气质联用检测阀门19；底部阀门16通过紫外检测阀门17与紫外可见光光度计21相连；底部阀门16通过气质联用检测阀门19与气相色谱质谱联用仪20相连；底部阀门16与漏液阀门18相连通；层析柱内部设置有砂板15。

曝气装置包括通气泵、进气流量计12、进气阀门13以及进气管；通气泵通过进气阀门13以及进气流量计12与进气管相连通；进气管光催化反应瓶9瓶身上的气体进口与光催化反应瓶9内部相贯通；处于光催化反应瓶9内部的进气管的端部和/或侧壁上开设有曝气头11。根据实际需要可通臭氧、氧气或者空气等，待光催化反应结束后，打开排泄阀门，可将溶液排出。

光催化反应瓶为单层、球形石英玻璃；层析柱部分可一体化使用，也可拆分单独使用，可换用不同种类、不同柱径、不同长度的层析柱，便于降解物的分离；光催化器、层析柱和检测装置既可组合使用，也可分开使用。

参见图2，本实用新型所采用的可更换式光源包括第一玻璃管、第二玻璃管、进口1、出口5、电线灯套4以及灯源3；第一玻璃管套装在第二玻璃管外部并与第二玻璃管之间设置有空隙；第一玻璃管的管壁上开设有进口1以及出口5；灯源3置于第二玻璃管内部；电线灯套4的一端与灯源3相连，另一端从第二玻璃管的端部伸出；进口1通过第一玻璃管与第二玻璃管之间的空隙与出口5相贯通，可以通入冷凝水，也可以是其他溶剂，视情况通入相应的液体。

第一玻璃管的管壁上套装有密封套2；灯源3是LED灯、汞灯、碘钨灯、紫外灯或氙灯中的任意一种灯管；灯源3的强度是可调节的。

本实用新型的工作过程是：光催化降解的产物进入层析柱进行物质分离，检测系统与层析柱装置可连接在一起，紫外可见分光光度检测系统与紫外检测阀门17相连，反应的溶液通过紫外检测阀门17(打开排泄阀门10以及底部阀门16，关闭漏液阀门18和气质联用检测阀门19)进入样品池，灯源通过单色器并通过样品池，经过检测器将信号传输到紫外分光光度计处理器，并由计算机模拟处理显示；气相色谱质谱联用仪与气质联用检测阀门19相连，反应溶液通过气质联用检测阀门19(打开排泄阀门10以及底部阀门16，关闭紫外检测阀门17和漏液阀门18)进入气相色谱质谱联用仪20，经过一系列处理后，气相色谱单元和质谱单元将信号传给计算机系统处理器，然后显示数据，具体而言，本实用新型的具体使用方式是：

1)确定灯源3(紫外灯、碘钨灯、氙灯或者LED灯等)，并安装好；

2)关闭排泄阀门10，取出可更换式光源，然后倒入污染物及催化剂，并安装好；

3)通入循环冷凝水，冷凝水由进口1进入，从出口5排出；

4)打开气体流量阀门7和二氧化碳测量仪阀门8，B-气体流量计、C-二氧化碳浓度测量仪根据需要，随时进行检测；

5)打开进气阀门13，由通气泵A通入需要的气体(臭氧、氧气或者空气等)

6)反应一段时间后，关闭底部阀门16，打开排泄阀门10，将降解的产物进行柱层析分离；提前安装好所需要的层析柱，包括种类、柱径和长短。根据需要选择湿法装柱，干法装柱，先在圆柱管中先填充不溶性基质(硅胶、氧化铝等)，形成一个固定相。将样品加到柱子上，用特殊溶剂洗脱，溶剂组成流动相。在样品从柱子上洗脱下来的过程中，根据样品混合物中各组分在固定相和流动相中分配系数不同，经多次反复分配将组分分离。

7)测定溶液紫外可见分光光度：打开紫外检测阀门17(打开排泄阀门10以及底部阀门16，关闭漏液阀门18和气质联用检测阀门19)溶液进入样品池，灯源通过单色器并通过样品池，经过检测器将信号传输到紫外分光光度计处理器，并由计算机模拟处理显示，通过电脑显示器记录溶液的紫外吸收值；

8)气相色谱质谱联用仪的测定：反应溶液通过气质联用检测阀门19(打开泄阀阀门10以及底部阀门16，关闭紫外检测阀门17和漏液阀门18)进入气相色谱质谱联用仪，经过一系列处理后，气相色谱单元和质谱单元将信号传给计算机系统处理器，然后显示数据；

9)层析柱物质分离结束后，关闭冷凝水；关闭紫外检测阀门17和气质联用检测阀门19，打开泄阀阀门10、底部阀门16以及漏液阀门18，将溶液从排出；

10)仪器的清洁：取出可更换式光源，将自来水从反应瓶瓶口倒入，打开阀门10、底部阀门16以及漏液阀门18，从上往下清洗。

下面将结合具体实施例对本实用新型所提供的装置进行详细的说明：

实施例1降解物液相碎片实时分离及紫外可见光光度计检测

1)选用普通玻璃层析柱直径为40mm，有效长度为203mm，并提前安装好，确定灯源为氙灯，换用氙灯管，并通入冷凝水；

2)关闭泄阀阀门10，将p25(100mg)和100mL浓度为1×10^-5mol/L的罗丹明B混合后，加入到光催化反应装置里；

3)打开泵A，并通入空气，出气口处做好相应的检测；

4)打开灯源电流旋钮，调节电流，使电流稳定在9A；

5)光反应一段时间后，关闭底部阀门16，打开排泄阀门10，取样，用薄层层析法(TLC)找到相应的展开剂，固定相为200～300目硅胶，配置好溶剂，将降解的产物进行柱层析分离，然后进行紫外检测；

6)打开排泄阀门10、底部阀门16，关闭漏液阀门18和气质联用检测阀门19，每间隔30分钟，打开紫外检测阀门17，使溶液进入并充满样品池，打开紫外可见光光度计21的开关，记录并保存电脑显示数据，直到反应结束；

7)反应结束后，关闭冷凝水，关闭紫外检测阀门17，打开泄阀阀门10、底部阀门16和漏液阀门18，将溶液从排出。

实施例2降解物液相碎片实时分离及气相色谱质谱联用仪检测

1)选用有机玻璃层析柱直径为46mm，有效长度为203mm，并提前安装好，确定灯源为氙灯，换用氙灯管，并通入冷凝水；

2)关闭泄阀阀门10，将钴卟啉类催化剂(100mg)和100mL浓度为1×10^-4mol/L的对硝基苯胺混合后，加入到光催化反应装置里；

3)打开泵A，并通入空气，出气口处做好相应的检测；

4)打开灯源电流旋钮，调节电流，使电流稳定在8A；

5)光反应一段时间后，关闭底部阀门16，打开排泄阀门10，取样，用薄层层析法(TLC)找到相应的展开剂，固定相为200～300目氧化铝，配置好溶剂，将降解的产物进行层析柱分离然后进行气相色谱质谱检测；

6)打开泄阀阀门10、底部阀门16，关闭紫外检测阀门17和漏液阀门18，反应溶液通过气质联用检测阀门19进入样品采集，经过一系列处理后，气相色谱单元和质谱单元将信号传给计算机系统处理器，然后显示数据；

7)反应结束后，关闭冷凝水，关闭气质联用检测阀门19，打开泄阀阀门10、底部阀门16和漏液阀门18，将溶液从排出。

实施例3降解物气相碎片检测

1)选用普通玻璃层析柱直径为40mm，有效长度为254mm，并提前安装好，将灯源确定为紫外灯，换用紫外灯管，调节一定强度，并通入冷凝水；

2)关闭泄阀阀门10，将p25(100mg)和100mL浓度为1×10^-5mol/L的甲醛混合后，加入到光催化反应装置里；

3)关闭进气阀门13、紫外检测阀门7，观察出气流量计6，打开二氧化碳测量仪阀门8，由二氧化碳测量仪C可实时监测(其灵敏度为0.1ppm，检测范围0至10000ppm)，因而可以算出矿化率；

4)反应结束后，对反应装置进行净化及消毒(将灯源确定为紫外灯，并调节电流为8A；将一定体积自来水倒入反应装置；通入臭氧；反应1～2小时，对反应装置进行净化及消毒)。

实施例4臭氧消耗量检测

1)选用普通层析柱直径为46mm，有效长度为254mm，并提前安装好，将灯源确定为紫外灯，换用紫外灯管，调节一定强度，并通入冷凝水；

2)关闭泄阀阀门10，将p25(100mg)和100mL浓度为1×10^-5mol/L的二甲苯混合后，加入到光催化反应装置里；

3)打开进气阀门13、由泵A通入臭氧，观察记录进气流量计12，出气流量计6，关闭二氧化碳测量仪阀门8，打开紫外检测阀门7，分别记录气体流量计B以及进气流量计12的差值可知道臭氧消耗量；

4)反应结束后，对反应装置进行净化及消毒(将灯源确定为紫外灯，并调节电流为8A；将一定体积自来水倒入反应装置；通入臭氧；反应1～2小时，对反应装置进行净化及消毒)。