[發明專利]一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置

有效

• 申請號: 201410722697.3
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN104528912A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 劉成;朱麗飛;陳衛;何思源
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/32;B01J23/745
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術領域

本發明屬于水處理領域，特別涉及一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置及方法。

背景技術

中國的水環境質量狀況較差，其中以有機污染為主要的污染特征。針對水中有機污染的去除已經有了大量的研究，包括吸附法、生物降解法以及氧化法等。其中，以高級氧化為主要作用原理的光催化氧化法受到人們的廣泛關注。

就光催化氧化方法而言，催化劑的種類及性質是影響其處理效能的關鍵因素。二氧化鈦是目前最常用的催化劑，其粒度大小及晶型直接影響著處理效果的好壞，納米級、銳鈦型二氧化鈦是目前最有效的光催化劑之一。然而其在實際工程應用中存在著回收困難，出水水質難以有效保障的問題，而且近期納米級二氧化鈦的毒性問題也是人們關注的焦點。因此，迫切需要研發一種新的基于納米級二氧化鈦的新型、高效、安全性的催化方法及裝置。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置。

技術方案：本發明提供了一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置，包括主體、進水單元、納米磁性二氧化鈦催化氧化單元、分離單元和出水單元；所述進水單元設于主體上方，所述進水單元包括進水管以及與進水管連通的二氧化鈦補充口、鐵粉補充口和炭粉補充口；所述納米磁性二氧化鈦催化氧化單元設于主體中部，采用完全混合形式，并設置有充氣攪拌裝置；所述分離單元設于主體下部，包括分離裝置以及設于分離裝置上的濾膜和濾膜下方的脈沖氣洗裝置，所述出水單元與分離單元直接連接。

作為改進，充氣攪拌裝置為穿孔曝氣管，曝氣管上的開孔尺寸為0.5-1.5mm，充氣強度為2-30L/m²·s。

作為另一種改進，二氧化鈦補充口、鐵粉補充口和炭粉補充口投加的磁性納米二氧化鈦、鐵粉、炭粉的質量比為4:2:1～3:1:1，粒徑分別為10-100nm、1-10μm、1-10μm。

作為另一種改進，納米磁性二氧化鈦催化氧化單元中設置有一組紫外燈，相鄰紫外燈間距為10-20cm。

作為另一種改進，分離裝置為平行設置的2組以上孔徑為2-10μm的平面網狀截留裝置，且每組截留裝置呈傾斜設置，傾斜角為100～150°。

作為另一種改進，脈沖氣洗裝置的氣洗強度為10-30L/m².s、脈沖周期設置為10s～10min。

作為另一種改進，分離單元的頂部設有電磁閥。

作為另一種改進，所述出水單元為L形彎管，其底部分別設置出水口和進氣口，其內部填充粒徑10-30目的鐵粉作為濾層，濾層厚度為0.2-0.5m，濾速為1-8m/h。

作為另一種改進，所述濾膜的孔徑為1-10μm。

本發明還提供了一種基于磁性納米二氧化鈦的組合光催化氧化方法，包括以下步驟：

(1)將磁性納米二氧化鈦、鐵粉、炭粉投入權利要求1至8任一項所述的基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置內，作為復合催化氧化材料；

(2)在紫外燈光照射下，利用充氣攪拌裝置將溶液混合均勻并完成催化氧化反應；

(3)利用濾膜將催化氧化反應材料截留并回流至納米磁性二氧化鈦催化氧化單元內；

(4)經濾膜過濾后的水經出水單元過濾，得凈化后的水。

有益效果：本發明提供的光催化氧化裝置結構緊湊、占地面積小、使用方便、運行靈活、適用范圍廣，可較好地保障催化氧化效果及整體出水水質，具有較好的推廣應用前景。

具體而言，一方面，本發明通過采用具磁性的納米級二氧化鈦作為基本的催化劑，從而較好地保障了催化氧化的效果；另一方面，本發明又創新性地將鐵粉以及較易被磁化的碳粉引入到系統中，使鐵粉、碳粉、納米磁性二氧化鈦等物質充分粘附在一起，形成較大的、易截留的顆粒，便于后續分離單元的高效分離并可確保其截留效能；同時，鐵粉、碳粉的加入在改善二氧化鈦分離效果的同時，可以有效利用二氧化鈦的磁性來改善鐵碳內電解對有機污染物的去除效果，進一步強化裝置的整體處理效能。

納米磁性二氧化鈦催化氧化單元中采用氣沖單元來進行系統的攪拌，從而在保證攪拌效果的同時，并可實現溶液的充氧過程，可在一定程度上強化催化氧化反應。