一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统。


背景技术：

2.1972年，日本学者fujishima和honda在《nature》上报道了在n型半导体tio2单晶电极上光催化裂解h2o产生h2和o2的现象，这就是著名的“本多-藤岛效应”。在此之后，利用tio2光催化氧化技术在污水处理等方面的应用也受到广泛关注。大量研究证实，染料、表面活性剂、有机卤化物、农药、油类、氰化物等有机污染物，都能通过光催化氧化反应在tio2表面分解为无机小分子物质，并最终分解为co2和h2o。
3.二氧化钛的传统应用形式主要是纳米粉末和薄膜两种，均存在一定的缺陷。如粉末形态的二氧化钛，在污水反应后很难跟水分离回收困难，而且由于高浓度有机废水透光性很差，会造成粉末形态的二氧化钛对光的利用率极低，因而传统粉末态光催化技术无法对高浓度有机废水进行有效处理，二氧化钛薄膜技术可以解决光催化剂与水的分离难题，但是大部分二氧化钛薄膜的制备方法，存在成本高，方法复杂，易污染，催化效率低，透光性差等大大限制了其工业化应用。
4.为此，我们提出一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，包括曝气装置，所述曝气装置的内部设置有多个石英管，石英管外壁涂有改性纳米银-纳米二氧化钛涂层，涂层厚度小于或等于1微米，涂层一端埋附导电装置，石英管的内部设置有紫外线灯管，石英管排布方式为阵列式分布，曝气装置的外部设置有plc控制系统，曝气装置的底部设置曝气盘，曝气装置的右侧壁面固定安装有进气管，石英管内设置有紫外灯管。
7.作为优选，所述石英管直径15-200mm，长300-5000mm。
8.作为优选，所述曝气装置的左侧壁下端设置有进水口，曝气装置的右侧壁面上端设置有出水口，水流方向采取下进上出折流方式。
9.作为优选，相邻的两列所述石英管之间均设置有隔板。
10.作为优选，所述石英管内部的紫外灯管功率15w-300w，每一列紫外灯管由plc控制系统根据污水处理工艺需求单独分区控制启停。
11.作为优选，所述曝气装置的内部设置有紫外灯管连接电源，石英管内部的紫外灯管均与紫外灯管连接电源电性连接在一起。
12.作为优选，所述曝气装置的外部设置有直流电源，曝气装置的内部设置有对倒电
极一和对倒电极二，对倒电极一和对倒电极二均与直流电源电性连接在一起。
13.作为优选，所述石英管表面涂层一端埋附铜箔导电接头，导电接头由铜箔胶带包覆连接，一端直接连接至直流电源正极或负极，涂层一端埋附导电装置，正负极定时切换。
14.作为优选，所述石英管外壁涂覆二氧化钛薄膜的玻璃管的制备方法包括以下步骤：
15.s1、石英管采用微波去离子水清洗并真空干燥。
16.s2、用去离子水配制纳米银、纳米二氧化钛、硅酸钠浆料，同时使用超声波搅拌机和磁力搅拌器，充分将浆料打散混匀。
17.s3、其中纳米银、纳米二氧化钛、硅酸钠质量比为0.003-0.1：1:0.005-0.2。
18.s4、浆料固液比5-75g:100ml。
19.s5、用浸渍提拉法将纳米银-纳米二氧化钛浆料涂覆在石英管外壁并充分干燥，形成二氧化钛薄膜。
20.s6、将涂薄二氧化钛薄膜的石英管置于管式炉或马弗炉中60-100℃干燥0.5-1h，梯度升温，450-600℃煅烧0.5-1h。
21.本发明提供了一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统。具备以下有益效果：
22.(1)、该一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，石英管表面涂层具有导电功能，涂层一端埋附导电装置，正负极定时切换，使带有正负电荷的有机污染物无法附着在涂层表面，解决了涂层表面污染，光催化氧化能力下降的共性难题。
23.(2)、该一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，采用纳米银-纳米二氧化钛改性光催化剂涂层显著提高了材料的光催化性能，解决了tio2光催化效率低，对于污染物浓度较高且处理量大的废水难以实现有效处理的难题。
24.(3)、该一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，纳米银-纳米二氧化钛改性光催化剂添加一定量的硅酸钠，增加固化附着强度，解决了光催化剂涂层易脱落的难题。
25.(4)、该一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，采用浸渍提拉法覆膜工艺，操作简单，覆膜成本低有利于工业化应用。
26.(5)、该一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，本系统水流路径采用下进上出的方式，每列二氧化钛光催化氧化装置之间均设置隔板，保证污水中的有机污染物与光催化氧化装置中的改性纳米二氧化钛薄膜表面充分接触，延长光催化反应时间，大幅提高了光催化降解污水中有机物效率。
附图说明
27.图1为本发明污水处理系统结构示意图。
28.图例说明：
29.1、曝气装置；2、进水口；3、对倒电极一；4、直流电源；5、紫外线灯管连接电源；6、对倒电极二；7、石英管；8、紫外线灯管9、隔板；10、进气管；11、出水口；12、plc控制系统。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
31.实施例：一种对倒电极自清洁改性二氧化钛光催化氧化污水处理系统，如图1所示，包括曝气装置1，所述曝气装置1的内部设置有多个石英管7，所述石英管7外壁涂有改性纳米银-纳米二氧化钛涂层，涂层厚度小于或等于1微米，涂层一端埋附导电装置，石英管7的内部设置有紫外线灯管8，石英管7排布方式为阵列式分布，石英管7直径15-200mm，长300-5000mm，所述曝气装置1的左侧壁下端设置有进水口2，曝气装置1的右侧壁面上端设置有出水口11，相邻的两列石英管7之间均设置有隔板9，水流方向采取下进上出折流方式，保证污水中的有机污染物与光催化氧化装置中的改性纳米二氧化钛薄膜表面充分接触，延长光催化反应时间，所述曝气装置1的外部设置有plc控制系统12，所述曝气装置1的底部设置曝气盘，所述曝气装置1的右侧壁面固定安装有进气管10，通过通风曝气提供好氧环境，在光催化反应装置作用下同时产生超氧离子，增强有机物降解效果，同时通过曝气使污水混合更均匀反应更充分，也使机污染物更无法附着在装置表面，所述石英管7内设置有紫外灯管，曝气装置1的内部设置有紫外灯管连接电源5，石英管7内部的紫外灯管均与紫外灯管连接电源5电性连接在一起，紫外灯管功率15w-300w，每一列紫外灯管由plc控制系统12根据污水处理工艺需求单独分区控制启停，该系统中二氧化钛薄膜与透过石英管7的紫外光直接接触，紫外光被最大限度的利用，完全消除了传统使用粉末态二氧化钛作为光催化剂所存在的无紫外光照射的工作盲区，成功解决了光催化系统因高浓度废水透光性差而无法应用，光催化剂回收难等难题，所述曝气装置1的外部设置有直流电源4，曝气装置1的内部设置有对倒电极一3和对倒电极二6，对倒电极一3和对倒电极二6均与直流电源4电性连接在一起，直流电源4正负极可以对倒切换，该程序由plc控制系统12自动化控制，对倒时间和频率可调整设定，所述石英管7表面涂层一端埋附铜箔导电接头，导电接头由铜箔胶带包覆连接，一端直接连接至直流电源4正极或负极，涂层一端埋附导电装置，正负极定时切换，使带有正负电荷的有机污染物无法附着在涂层表面，解决了涂层表面污染，光催化氧化能力下降的共性难题。
32.所述石英管7外壁涂覆二氧化钛薄膜的玻璃管的制备方法包括以下步骤：
33.s1、石英管7采用微波去离子水清洗并真空干燥。
34.s2、用去离子水配制纳米银、纳米二氧化钛、硅酸钠浆料，同时使用超声波搅拌机和磁力搅拌器，充分将浆料打散混匀。
35.s3、其中纳米银、纳米二氧化钛、硅酸钠质量比为0.003-0.1：1:0.005-0.2。
36.s4、浆料固液比5-75g:100ml。
37.s5、用浸渍提拉法将纳米银-纳米二氧化钛浆料涂覆在石英管7外壁并充分干燥，形成二氧化钛薄膜。
38.s6、将涂薄二氧化钛薄膜的石英管7置于管式炉或马弗炉中60-100℃干燥0.5-1h，梯度升温，450-600℃煅烧0.5-1h。
39.本发明的工作原理：
40.在使用时，曝气装置1的左侧壁下端设置有进水口2，曝气装置1的右侧壁面上端设置有出水口11，相邻的两列石英管7之间均设置有隔板9，水流方向采取下进上出折流方式，保证污水中的有机污染物与光催化氧化装置中的改性纳米二氧化钛薄膜表面充分接触，延长光催化反应时间。
41.在使用时，所述曝气装置1的右侧壁面固定安装有进气管10，通过通风曝气提供好氧环境，在光催化反应装置作用下同时产生超氧离子，增强有机物降解效果，同时通过曝气使污水混合更均匀反应更充分，也使机污染物更无法附着在装置表面。
42.在使用时，每一列紫外灯管由plc控制系统12根据污水处理工艺需求单独分区控制启停，该系统中二氧化钛薄膜与透过石英管7的紫外光直接接触，紫外光被最大限度的利用，完全消除了传统使用粉末态二氧化钛作为光催化剂所存在的无紫外光照射的工作盲区，成功解决了光催化系统因高浓度废水透光性差而无法应用，光催化剂回收难等难题。
43.在使用时，所述石英管7表面涂层一端埋附铜箔导电接头，导电接头由铜箔胶带包覆连接，一端直接连接至直流电源4正极或负极，涂层一端埋附导电装置，正负极定时切换，使带有正负电荷的有机污染物无法附着在涂层表面，解决了涂层表面污染，光催化氧化能力下降的共性难题。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。