[實用新型]一種浸沒式光電催化反應裝置

有效

• 申請號: 201320070931.X
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN203229402U
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 鄭益群;邱麗娟
• 申請（專利權）人: 廣州市大禹環保科技有限公司
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;C02F1/72
• 代理公司: 廣州弘邦專利商標事務所有限公司 44236
• 代理人: 張釔斌

技術領域

本實用新型涉及一種用于殺菌除藻凈化水質的裝置，尤其涉及一種浸沒式光電催化反應裝置。

背景技術

光電催化反應裝置是利用光催化反應的原理進行殺菌除草、水質凈化的裝置。光催化是指在光的照射下，納米半導體材料促進化合物分解或合成的過程，其中TiO₂以其催化活性高、穩定性好、對人體無毒害、連續光照能持續保持活性等優點而成為光催化的研究焦點。TiO₂光催化性能幾乎對所有的有機污染物都具有凈化能力。美國環保局公布的114種有機污染物在光照下用TiO₂作催化劑均可以逐步降解，最終完全氧化為CO2、H2O以及無毒的無機物。但是，由于在光電催化反應中使用的TiO₂粉末在懸浮體系中易于凝聚，分離回收比較困難且易中毒，不利于催化劑的再生，這是以TiO₂為基礎的光催化方法難以走向大規模應用的主要原因之一。

實用新型內容

針對以上不足，本實用新型提供一種結構簡單、使用方便、催化劑與水可分離的浸沒式光電催化反應裝置。

本實用新型通過以下方案達到上述目的：

一種浸沒式光電催化反應裝置，包括多根光電催化管，光電催化管分別與出水管和進水管相連。

優選的，上述光電催化管由管體及管體內的紫外燈和TiO₂薄膜構成。

優選的，上述紫外燈為發射發射波長為380nm的紫外燈。優選的，上述TiO₂薄膜為銳鈦礦型TiO₂薄膜。

在一個具體的實施例中，上述光電催化管為4根。

在另一個具體的實施例中，上所述光電催化管為8根。

銳鈦礦型TiO₂屬于一種n型半導體材料，它的禁帶寬度為3.2ev（銳鈦礦），當它受到波長小于或等于387.5nm的紫外光照射時，價帶的電子就會獲得光子的能量而越前至導帶，形成光生電子（e-），而價帶中則相應地形成光生空穴(h+)。由于半導體能帶的不連續性，電子和空穴的壽命較長，它們能夠在電場作用下或通過擴散的方式運動，與吸附在半導體催化劑粒子表面上的物質發生氧化還原反應，或者被表面晶格缺陷俘獲。空穴和電子在催化劑粒子內部或表面也可能直接復合。空穴能夠同吸附在催化劑粒子表面的OH或H2O發生作用生成HO·。HO·是一種活性很高的粒子，能夠無選擇地氧化多種有機物并使之礦化，通常認為是光催化反應體系中主要的氧化劑。光生電子也能夠與O2發生作用生成HO2·和O2-·等活性氧類，這些活性氧自由基也能參與氧化還原反應。該過程可用如下反應式表示：

HO·能與電子給體作用，將之氧化，礦能夠與電子受體作用將之還原，同時h+也能夠直接與有機物作用將之氧化：

對于銳鈦礦相TiO₂，其吸收閾值為387nm。光吸收閾值λg越小，半導體的禁帶寬度Eg越大，則對應產生的光生電子和空穴的氧化-還原電極電勢越高。空穴的電勢大于3.0eV，比高錳酸根、氯氣、臭氧甚至比氟氣的電極電勢還高，具有很強的氧化性。研究發現，納米TiO₂能氧化多種有機物，由于其氧化能力很強，能把有機物最終氧化為二氧化碳和水等無機小分子。

本實用新型的浸沒式光電催化反應裝置采用銳鈦礦型TiO₂薄膜為光敏材料，采用波長λ=380nm左右的近紫外光照射，由于紫外光的催化作用，使銳鈦礦相TiO₂激發，具有很強的氧化還原電位，導致細菌和藻類細胞壁或者活性酶發生蛋白質變性，并改變水體中有機污染物的分子特性，使得有機污染物變得更加容易分解。污染水體中的有機物隨即被氧化，最終得到無機小分子產物如二氧化碳和水等，達到殺菌除藻、凈化水質的目的。

本實用新型浸沒式光電催化反應裝置具有三大功能：

1）??除藻：通過光電反應殺死藻類，尤其是藍綠藻等絲狀藻類，提高水體氧化還原定位，沉淀水體中N、P，抑制藻類生長，把浮游藻轉化成附生藻，少量的附生藻對水體是有幫助的；

2）??殺菌：通過水體中微生物的作用，殺滅水體中的致病菌，達到水質凈化的目的；

3）??凈水：除去水體中生化無法處理的難降解有機物，消解雙鍵化合物。