[發明專利]一種用于再生水及雨水消毒的光催化消毒反應器及光催化材料及制備方法、應用和應用方法

無效

• 申請號: 201410407956.3
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104150561A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 趙金輝;陸毅;徐斌;許志煥;劉瑞菊
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32;B01J21/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于城市污水處理消毒領域，具體地說，涉及一種用于再生水及雨水消毒的光催化消毒反應器及光催化材料及制備方法、應用和應用方法。

背景技術

城市污水再生利用及雨水利用是減輕水體污染、改善生態環境、解決城市缺水問題的有效途徑，具有很大的利用潛力，是解決水資源緊缺問題的戰略性對策。再生水及雨水利用對人體可能的健康風險是當前公眾關注的焦點問題之一，尤其是再生水利用過程中的微生物風險問題。對人體健康造成危害的病原微生物大體分為細菌，寄生菌(寄生蟲與原生動物)和病毒等幾類。病原微生物會對人群健康造成極大的危害，因此，非常有必要采取有效消毒措施保證再生水的生物安全性。再生水及雨水主要應用于雜用水、景觀環境用水等用途，我國《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T?18920-2002)、《城市污水再生利用景觀環境用水水質》(GB/T?18921-2002)等標準中均提出了細菌學指標要求。當前主要通過加氯消毒，但是分散的再生水及雨水利用設施通常較小，采用液氯消毒需要液氯儲罐，存在一定安全風險，且由于一些再生水及雨水處理設施間歇運行，水量波動大，對加氯操作管理要求較高。因此，研究一種高效，操作方便、安全可靠的再生水及雨水消毒設施對于促進城市再生水及雨水利用具有重要實用價值。

以高級氧化為核心的新型飲用水消毒技術正在備受關注，其中UV/TiO₂光催化消毒技術是水處理領域研究的熱點之一。UV/TiO₂光催化氧化消毒具有無毒、廣譜性殺菌等特點，是一種有前途的替代氯消毒工藝。UV/TiO₂光催化消毒機理是其產生的強氧化性羥基自由基(·OH)首先破壞細菌細胞壁，而后造成細胞膜及胞內代謝物質及遺傳物質的氧化破壞，最終導致細胞死亡而達到殺菌目的。在水處理實際應用中，為了避免粉體二氧化鈦難以回收的問題，大多將二氧化鈦負載于不同的載體上以實現固定化。采用多孔吸附性材料作為二氧化鈦的載體是當前研究的一個重要方向，如沸石，活性炭、活性炭纖維等，可將體相溶液濃度較低的目標污染物濃縮到二氧化鈦周圍，達到提高光催化反應效率的目的。

活性炭纖維具有豐富的微孔和高的比表面積，其吸附容量遠高于其他多孔吸附材料，如沸石、硅膠等；吸附容量比其同類產品活性炭也好。由于其形態一般為氈狀或布狀，實際應用中比粒狀活性炭更加便于反應器的設計應用。

國內外UV/TiO₂光催化消毒技術研究尚處于起步階段，國內目前就活性炭纖維(ACF)負載二氧化鈦方面開展了相關研究。例如，中國專利申請號：200510035311.2，申請日：2005年11月30日，該發明公開了一種含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維及其制備方法和用途。該發明涉及一種含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維及其制備方法和用途。該活性炭纖維是由活性炭纖維材料負載上納米二氧化鈦微粒而成，其中納米二氧化鈦微粒占總質量的5﹣25％。該發明采用溶膠－凝膠法，先將TiO₂的前驅體有機鈦化合物經水解生成TiO₂溶膠，并沉積于活性炭纖維上，溶膠經干燥成為凝膠，再經熱處理轉化為納米TiO₂微粒復合在活性炭纖維的表面，制得含納米二氧化鈦微粒的活性炭纖維。它既保持了活性炭纖維的多孔性，又增強了二氧化鈦微粒光催化活性，可用于低濃度氣態揮發性有機污染物的去除，尤其適用于小空間中氣態揮發性有機污染物的吸附和分解。其對氣態揮發性有機污染物的吸附容量可達500mg/g，對低濃度揮發性有機污染物的光催化分解率可達到36％。但是該發明只是針對空氣中氣態低濃度揮發性有機污染物去除，處理再生水及雨水的效果并不顯著。