一种多相催化反应器的制作方法

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种用于对原水同时进行净化和消毒的多相催化反应器。

背景技术：

水净化是指从原水中除去污染物的过程，其目的是以特定的程序达到把水净化的效果，现有技术中对水进行净化采用过滤或消毒或二者结合的方式，现有消毒方式均是在水中加入氧化剂或将消毒设备置于盛水容器中对水体进行消毒，接触面积受容器和设备的形状及尺寸的限制，净化效率比较低，净化不够彻底。

光催化反应是一种有效净化和消毒的催化反应，但是，由于光催化反应需有待处理的液体、固体的催化剂和光，将固、液、光三者更加充分的结合为一体，增加它们三者的结合面积，是光催化反应的难题。

技术实现要素：
能

针对上述问题，本发明公开一种多相催化反应器，通过形成一种密闭气室，提高液体、气体、催化剂和光四者的接触面积，提高了紫外线的照射效率，达到耦合增效的目的。

本发明是通过以下措施来实现的:

一种多相催化反应器，包括用于盛放过滤原液的原水室，所述原水室下方连通有至少一个净化反应室，所述净化反应室的下方设置有一个净水室，净化反应室底部为开口；所述净化反应室的底部与净水室的底部之间设置有通水通道；所述的净化反应室为竖直的筒状体，上部设置有至少一个通孔的通水板，所述净化反应室内有催化剂层，所述催化剂为光催化催化剂或电催化催化剂，所述净化反应室的内部或外部设置有光发生装置或电发生装置或超声波发生装置或加热装置。

优选的，所述通水板上设置有过滤层，所述的过滤层上设置有活性炭和离子交换树脂的至少一种，所述的光发生装置为紫外光发生器。

优选的，所述的多个净化反应室相串联。

优选的，所述催化剂层设置在净化反应室的内壁上。

优选的，所述净化反应室的外壁上设置有与净化反应室内壁上的催化剂层形成对电极的电极。

优选的，所述通水板呈锥形，所述光发生装置固定在通水板的锥顶上，并位于净化反应室的中部。

优选的，所述光发生装置固定在净水室的底部，并位于净化反应室的中部，所述的光发生装置的外壁上有催化剂层。

优选的，所述的净化室的底部由透光材料制成，净化室下面还设置有一底座，底座上设置有光发生装置。

优选的，所述净化反应室的侧壁为螺旋形或波浪形。

优选的，所述净化反应室的底端与净水室底端的距离为0.1-10mm。

优选的，所述净水室侧面的中部或下部设置有出水口。

优选的，所述净化反应室底部设置有表面附着光催化剂的悬浮颗粒。

本发明的工作原理是，原水室的液体经通水板的通孔，进入净化反应室，并通过通水通道进入净水室，随着液体水位的上升将通水通道密封，使净化反应器内形成一个密封的气室，由于上下方的压力差，液体会沿着净化反应室的内壁向下流，也就是：液体在净化反应室的内壁上形成一个薄层，由于净化反应室的内壁上涂覆有催化剂层，使液体与催化剂层得到充分的接触，在光催化或电催化的作用下催化剂对水进行净化、消毒。

本发明中所用的催化剂镀层为二氧化钛镀层，采用纳米二氧化钛与二氧化硅混合，经500度高温焙烧得到丰富的二氧化钛镀膜管状体。

本发明中所用紫外线发生装置为9w低压汞灯或3w冷阴极紫外灯。采用该种紫外灯对二氧化钛镀层进行照射，对水质进行净化消毒。

为了进一步提高效果，在净化反应室的外壁上设置有与净化反应室内壁上的催化剂层形成对电极的电极，内外壁上的电极施加一个电压，会发生电催化氧化反应，净化反应室内产生一定的氧气，将在紫外线的作用下，产生臭氧，进一步提高净化消毒效果。

本发明在原水室和净水室之间设置带孔的过滤层，充分利用带孔过滤层与净水室之间加水后形成密闭气室所带来的耦合增效作用。在气室中引入紫外光源，在有光催化剂镀层的气室中，利用了光催化氧化以及光电化学反应的耦合协同增强杀菌消毒效果，能彻底将泉水、井水、城市自来水的水中生物、水溶性有机物分解为水和二氧化碳，同时向密闭气室提供氧气，在光线照射下使密闭气室持续保持有臭氧存在。臭氧和紫外线可以将过滤部的活性炭所吸附生长的微生物和有机物消解，使进入密闭气室的碳后水得到前期净化。由于气室的形成和存在，使水只能沿气室内壁所镀催化膜薄层流动，提高了水和催化剂的接触效率，表面照射提高了紫外线的照射效率，也增大了和密闭气室中臭氧的接触反应，各反应系统在密闭气室结构中耦合增效。

本发明的有益效果：

本发明通过在过滤层中设置带孔通水板，对原水进行过滤，带孔通水板与下部的净化反应室的液面之间形成密闭气室，水流沿净化反应室的内壁流下形成水帘，净化反应室内的紫外线光发生装置透过水帘照射到催化剂镀层上发生催化反应，进而实现对水的消毒作用，这种多相形式的消毒方式可以得到更高的消毒效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一结构图；

图2为本发明实施例二结构图；

图3为本发明实施例三结构图；

图中，1、通水通道，2、通水板，3、原水室，4、过滤层，5、净化反应室，6、光发生装置，7、催化剂镀层，8、出水口，9、净水室,10、底座。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1所示的一种多相催化反应器，该催化反应器包括原水室3，原水室下部连通有多层净化反应室5，每层净化反应室上部均设置一个通水板2，通水板上带有多个通孔，通水板上设置有过滤层4，过滤层为活性炭或离子交换树脂或两者均有。净化反应室5的底部与净水室9通过通水通道1连通，净化反应室的内壁设置有催化剂层7，该催化剂层为光催化催化剂或电催化催化剂，该催化剂镀层为二氧化钛膜。净化反应室内部设置有光发生装置6，该光发生装置可发出紫外线光。光发生装置贯穿整个净化反应室，发出的紫外光将过滤层微孔上的光催化催化剂及净化反应室侧壁上的光催化催化剂进行氧化，对经过光发生装置与催化剂之间的水流进行消毒。

净化反应室的侧壁为螺旋形或波浪形，可以增大催化剂的覆盖面积及水流与催化剂的接触面积。

在原水室顶部设置有进水开关口和电源，进水开关口为翻转式进水上盖，电源为充电电池或太阳能充电板，净化反应室底部设置有表面附着光催化剂的悬浮颗粒，通过光发生装置发出的紫外光对悬浮颗粒进行氧化，进一步对水进行消毒。净水室的顶端或侧面设置有出水口。在净化反应室的外壁上设置有与净化反应室内壁上的催化剂层7形成对电极的电极。

因为紫外灯是由上而下穿过原水室、穿过净化室的，所以源水在原水室首先会受紫外灯部分照射，此阶段属于紫外灯浸没式消毒。由于水中含氧率低，此过程臭氧的产生较少，其消毒作用在于破坏细菌的dna结构。当每一次倒出部分净化水后，由于联通器结构，密闭气室两边水压力的不均衡，序批式连续流开始启动，此时紫外灯开始工作。进入过滤部的水会发生活性炭的吸附作用，生物活性炭的形成及其消解作用，利用净水专用活性炭强大的比表面积。水中存在的细菌以及活性炭中残留的细菌最终将形成一种生物活性炭对水中污染物起到生物消解的作用。进入过滤部的水与离子交换树脂进行阴阳离子交换，能够改变水质。

在一定使用时间之后，通过过滤部位的水即碳后水会含有一定量的细菌，但是其所含氯气以及一些重金属和钙镁离子会有所改善，味道和色泽也有所提高，氨氮含量有所降低。穿过滤部的紫外灯将会照射活性炭和离子交换树脂，在过滤部下方的密闭气室中由于空气的存在，在紫外线灯的照射下同步会生成臭氧。臭氧和紫外线通过光化学反应可以生成羟基自由基，是一种广谱氧化剂，可以复活吸附饱和的活性炭。同时活性炭可以催化臭氧产生羟基自由基。

过滤后的水在过滤层和净化室之间，基于水的表面张力，由过滤部的下表面所形成的水膜，过滤部向下延伸管的内表面。以及由水面构成的下表面围合形成一个密闭气室。以压差为动力缓慢流过过滤部的水全是附着在这个管的内表面呈薄层流下，不断升高的水面与延伸管下端接触后，密闭气室就形成，气室内部是空的，只有空气，穿过过滤部而来的紫外灯，处于气室中心轴。水沿着弧形内壁薄层流动的现象刚好满足了紫外线的表面消毒要求、光催化作用所需要的增大接触效率的要求、以及增强将要发生在二氧化钛等光催化剂表面光电化学反应的要求。气室中空气的存在，也为紫外光产生臭氧提供了最初的原料。受光照射的二氧化钛表面会产生光生载流子，在有水存在的条件下，会产生氧气以及强氧化性的自由基（羟基自由基、氧自由基），还能改变半导体膜的表面性质进行亲水性和疏水性的转换，组成合适的对电极结构后，还可以产生氢气。

强氧化性的物质最终会将有机污染物氧化为水和二氧化碳，还原性物质会将经活性炭吸附后尚且残存的氯气还原为hcl。本设备利用能给光催化剂提供最合适的光子能量的紫外线照射，促进高效光催化反应的发生，让镀有光催化剂的气室内表面产生的强大的自洁能力，其作用强度远超自然光照射，不仅限于处理无机及有机物杂质，分解大肠杆菌内毒素o157，还可以杀死微生物和原生动物并将之分解，防止光复活现象发生。作为一般规则，在电磁辐射中，每个光子相关联的能量越多，对活的生物体就越危险。紫外线通过改变微生物的dna而使微生物失活，dna不吸收300纳米以上波长的光，低于200纳米波长的光不能穿透水。紫外线对于水中的原生动物有非常好的消毒作用，无任何二次污染。

由于紫外线在水中的穿透能力差，紫外线多用于表面消毒，本发明的反应器所观察到的薄层流动现象提供了用低辐照强度的紫外线达到高消毒效果的可能。臭氧是最强的化学消毒剂，臭氧的氧化势高于氯、过氧化氢，属于溶菌剂，杀毒彻底。臭氧可通过紫外线照射空气产生，臭氧与紫外线通过光化学反应生成oh·自由基等强氧化性产物，本身氧化性也极强。臭氧直接参与的反应称为d反应,臭氧一旦溶于水中，便开始衰减生成羟基自由基，（ho·）自由基参与的反应为r反应。臭氧作为消毒剂主要作用途径还是通过臭氧的直接氧化，所以臭氧余量也是很重要的。空气中约含有21%的氧，本设备催化的二氧化钛表面生成的氧气会不断给密闭气室提供用来生成臭氧。本装置引进的紫外光源，既有253.7纳米的强效杀毒波长，也能够产生臭氧。臭氧和紫外光在水处理的消杀工艺中各有优势，在水中半衰期短，臭氧对水中的内孢子、细菌和病毒，有非常好的消毒效果。紫外线和臭氧可以互补且产物无副作用，无二次污染是目前最安全的消毒杀菌工艺。

还可以将光发生装置替换为电发生装置或超声波发生装置或热能发生装置或化学能发生装置。

实施例二：

如图2所示，在本实施例中将光发生装置或电发生装置与净水室的底部通过螺纹连接，在净水室底部安装用于驱动光发生装置或电发生装置的电源，净化室仅设置一层，净化室上部设置过滤层，可以从净化室上部将原水室取出后直接将过滤层取出。需要清洁或更换时从底部将光发生装置拧下即可。为方便使用，在净水室的外侧壁安装有把手。

实施例三：

如图3所示，在本实施例中在净水室外部设置一个底座10，底座内部安装电源及紫外灯，或者安装微波发生器或发热器，净水室底部为透紫外光材质，使用时将净水室安装于底座10上，打开紫外灯，在原水室注入待净化的水即可。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。