[發明專利]一種太陽能光電催化氧化水中有機物的裝置

無效

• 申請號: 200910073857.5
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101486499A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 樊彩梅;李雙志;王韻芳;郎愛華;郝曉剛;梁鎮海;孫彥平
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/32;C02F1/48;C02F1/72;C02F1/58;C02F101/30
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 龐建英

技術領域

本發明一種太陽能光電催化氧化水中有機物的裝置，屬于環境化工光催化氧化水處理技術領域。具體來說是公開一種能利用太陽光中的紫外和可見光的光電催化有機水處理裝置。

背景技術

20世紀中葉以來，隨著工業的迅猛發展，產生了大量的自然界不曾存在的非生命有機物，其中多數為難降解持久性有毒有機物，對生態環境與人類生存構成極大威脅。光催化技術是處理水中持久性有毒有機污染物的有效方法之一，其中利用TiO₂光催化降解有機污染物是國際上該領域研究最多的課題，如西班牙的PSA(Plataforma?Solar?de?Almeria)歐洲最大的太陽能應用實驗室(www.psa.es)，太陽能技術示范應用之一便是太陽能光催化降解水中有害有毒有機物如氯化物、殺蟲劑、顏料等；美國國家再生能源實驗室(National?RenewableEnergy?Laboratory)也建立了地下水三氯乙烯污染去除的光催化工程示范。但TiO₂只能吸收波長小于387nm的紫外光，在可見光照射下沒有光催化活性，這就限制了TiO₂在實際中的廣泛應用。因太陽光中紫外光只占4％左右，而人造紫外光源又耗電大，設備昂貴，穩定性差等，因此研制新的光催化劑使得它能夠吸收太陽光中的可見光，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效地降解有毒有機污染物成為光催化領域關鍵的科學難題(Malato?S，Blanco?J，Vidal?A，et?al.，AppliedCatalysis?B：Environmental，2002，37：1-15；Hincapie?M，Maldonado?M?I，Oller?I，etal.，Catalysis?Today，2005，101：203-210；http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2004/05/14/4646.htm；馮彩霞，金振聲，趙進才等，感光科學與光化學，2004，22(4)：272-276)。中國專利CN1263686C中提供了一種光電催化氧化處理水中有機物的裝置，具體來說是一種流化床光電催化有機水處理裝置，所用光源為254nm紫外燈；CN1238264C提出了一種連續循環流式固定床三維電極光電催化反應器及其處理有機廢水的方法，建立了一個連續循環流式三維電極-固定床光電催化反應器，所用光源為紫外燈，通過施加超過污染物氧化電位的較高的電壓，充分發揮了光、電二者協同催化氧化的效率。CN1315737C公開了一種太陽能固定膜光催化氧化水處理裝置，涉及一種太陽能TiO₂光催化氧化水處理裝置，主要是利用了太陽中的紫外光，用于飲用水的深度處理和高純水的制備或有毒有害高濃度難降解有機廢水的處理。上述專利主要缺點是未能利用太陽光中存在的大量可見光，太陽輻射能量的最大值在電磁波譜的可見光范圍(400-800nm)，它們占總發射能量的45-50％，紫外光(200-400nm)僅占4-5％，紅外輻射(0.8-4.0μm)占45-50％。在實際中，由于受光窗材料和簡單分子化學鍵能的限制，光化學中通常適用的光的波長范圍為200-700nm。

發明內容

本發明一種太陽能光電催化氧化水中有機物的裝置的目的在于，為從根本上解決環境污染和能源短缺問題，從科學利用太陽能的角度出發，依據已有單一半導體氧化物的帶隙結構與光催化性能，公開一種可全面利用太陽能的納米復合半導體氧化物光催化材料電極——太陽能光催化陽極，通過不同帶隙(2.0-3.5eV)多種半導體氧化物能帶結構的合理搭配，不僅吸收太陽光中的紫外光和可見光，而且形成多光子激活機制，科學并優化太陽光的利用，充分利用復合半導體之間形成的表面態、氧空位促進電子和空穴的快速分離，實現體系電荷轉移速率和電荷轉移通量雙提高，能直接利用太陽光中的紫外和可見光又具有耐候性的的太陽能光電催化氧化水中有機物裝置的技術方案。