[發(fā)明專利]高鐵酸鉀－光催化氧化方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810039245.X
• 申請日: 2008-06-20
• 公開（公告）號: CN101293695A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設計）人: 李聰;高乃云;李學艷;馬艷;姚行平
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/32
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，特別涉及可去除水中難降解的有毒有害物質(zhì)、殺菌、除藻、除臭的高價鐵鉀-光催化氧化裝置和方法

背景技術

近來，由于水中難降解的有毒有害物質(zhì)的增加，研究新的高效的水處理技術越來越緊迫。高鐵酸鉀是20世紀70年代以來開發(fā)的一種繼臭氧、過氧化氫、二氧化氯之后的一種新型水消毒劑。高鐵酸鉀是六價鐵鹽，具有很強的氧化性，特別是在酸性條件下，它的標準氧化還原電位(2.20V)是現(xiàn)今所有應用在水處理中的消毒劑中最大的。此外，在氧化過程中，高鐵酸鉀自身被還原成新的物質(zhì)Fe(OH)₃，是一種好的無機絮凝劑，能高效地去除水中的細小的懸浮物。研究表明，高鐵酸鉀作水處理劑時，適宜pH為7.0～8.5，高鐵酸鉀分解快，產(chǎn)生原子態(tài)的氧，具有很強的殺菌、滅藻能力。不僅如此，高鐵酸鉀在整個水的消毒和凈化過程中，不會產(chǎn)生三氯甲烷(THMs)等任何對人體有害的物質(zhì)，不會引入有害生物體的二次污染。處理后的水無嗅無味，口感好。高鐵酸鉀用作消毒劑所存在的缺點是：Fe(VI)具有很強的選擇性，對不同化合物的氧化速率和效率不同。

光催化氧化方法是指在紫外光的照射下，光能量h_v達到或超過半導體帶隙的能量Es時，在價帶上的電子就會被激發(fā)到導帶同時在價帶上產(chǎn)生空穴。價帶上的光生空穴(h_vb⁺)是很強的氧化劑，導帶上的光生電子是很好的還原劑。由于TiO₂光催化中電子遷移到氧氣的速率很低，導致光催化的效率很低，并且光生電子(e_cb^-)和空穴(h_vb⁺)對重新組合率很高，由此造成量子產(chǎn)率不到5％，使光催化氧化的效率較低，反應時間緩慢，這是其應用于水處理的最大缺陷：為了提高停留時間，則需要大大增加的處理設備的尺寸和建造費用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高鐵酸鉀-光催化氧化協(xié)同反應的方法和裝置，以克服單純的高鐵酸鉀氧化方法的高選擇性，和單純的光催化氧化方法效率低的缺陷。

為了達到以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

考慮到：光催化氧化方法的光生電子和空穴容易結合，從而大大降低光催化氧化方法的效率；Fe(V)的氧化性是Fe(VI)的10³～10⁵倍。

因此，本發(fā)明將高鐵酸鉀和光催化反應相結合，光催化反應生成的導帶電子還原高鐵酸鉀，生成氧化活性更高的Fe(V)。反應進行的同時阻止了光催化過程中光生電子(e_cb^-)和光生空穴(h_vb⁺)對的重新組合，提高了光催化氧化的效率。根據(jù)本反應原理設計了協(xié)同反應的裝置：

一種高鐵酸鉀-光催化氧化裝置，將高鐵酸鉀和二氧化鈦懸浮在溶液中，接受紫外光的照射，外部接有冷卻循環(huán)水，并連接有鼓風機，磁力攪拌器，水量大時，可更換為電動攪拌器。外接泵將反應后的水抽出。為了防止紫外光對身體造成損害，外置鐵箱保護。

一種高效氧化反應方法，其特征在于：包括：高鐵酸鉀結合光催化反應中產(chǎn)生的光生電子生成Fe(V)，抑制光催化氧化中光生電子和光生空穴的再結合。

將高鐵酸鉀與催化劑共同置于含有有毒、有害、或者難降解物質(zhì)的溶液中，接受紫外燈管和可見光燈管的照射。

高鐵酸鉀和催化劑接受可見光或紫外光的照射，照射光的波長范圍為254nm-365nm。

所述催化劑包括：二氧化鈦TiO₂摻其他金屬的二氧化鈦TiO₂、氧化鋅ZnO、以及硫化鋅ZnS。

高鐵酸鉀的狀態(tài)為溶解在水溶液中，而催化劑懸浮在溶液中。

反應的pH范圍在7-12之間。

光照強度的范圍在117×10¹⁶-2×10¹⁸ein?min^-1之間。

實現(xiàn)權利要求上述方法的裝置，其包括：紫外燈管，石英套管，固定部件，燈管電線，冷卻容器，反應器，取樣出水口，冷卻水進水口，冷卻水出口，空氣進口，放空管，空氣管接空氣泵；