[發明專利]基于g-C3N4的光催化凈水裝置

在審

• 申請號: 201711095815.2
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107986385A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 祝建中;徐迪;付婷;吉棟梁
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C02F1/32
• 分類號: C02F1/32
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張秀

技術領域

本發明涉及水體凈化裝置，尤其涉及一種高效除菌去污的光催化凈水裝置。

背景技術

水環境是指自然界中水的形成、分布和轉化所處空間的環境，是指圍繞人群空間及可直接或間接影響人類生活和發展的水體，其正常功能的各種自然因素和有關的社會因素的總體。水環境是構成環境的基本要素之一，是人類社會賴以生存和發展的重要場所，也是受人類干擾和破壞最嚴重的領域。水環境的污染和破壞已成為當今世界主要的環境問題之一，因此有效去除各類有害有毒物質已成為水處理領域的當務之急，而傳統的殺菌消毒方式如紫外線消毒和化學消毒法，具有消毒效果差或者產生二次污染等問題。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種基于g-C₃N₄的光催化的凈水裝置，解決了傳統的凈水方式消毒效果差、易產生二次污染的問題。

技術方案：本發明的基于g-C₃N₄的光催化的凈水裝置，包括數控單元以及分別與所述數控單元連接的進水單元、凈水單元和出水單元。

所述進水單元包括水泵、與所述水泵連接的進水管。

所述凈水單元包括通過進水過濾裝置與所述進水管連接的進水端、與所述進水端連接的基于g-C₃N₄的光催化裝置、與所述光催化裝置連接的出水端，其中，所述進水閥和光催化裝置分別與所述數控單元電連接。

所述出水單元包括通過與所述出水端連接的出水管。

g-C₃N₄即石墨相的C₃N₄，是五種C₃N₄中最穩定的一種非金屬半導體，它具有類似石墨的層狀結構，每層中的C、N原子均為sp²雜化，相間排列，形成C₃N₃或C₆N₇的雜環。由于原子與原子之間形成的高鍵能共價鍵，使其化學性質非常穩定。

此外，自然界豐富的C、N元素使其成為一種廉價易得的半導體光催化材料。相比于塊體g-C₃N₄，具有單原子層結構的g-C₃N₄被光激發后可以在樣品表面直接產生光生電子和空穴，生成的電子與空穴對可以與水分子或目標污染物分子直接發生反應，從而避免了光生電子空穴對產生后在從體相遷移至催化劑表面這一過程中發生復合，這大大降低了光生載流子的復合率；其次，單原子層材料的二維平面結構能夠有效降低電荷在其表面遷移的阻力，從而提高電荷遷移速率，使其能夠在催化劑表面迅速遷移至反應的活性位點參與光催化反應；第三，將塊體材料剝離為單原子層材料的過程提高了半導體光催化劑的比表面積，暴露出更多的活性位點，從而強化了污染物在溶液與半導體光催化劑界面之間的傳質作用，使光催化效率得到極大的提高。故本發明提出一種基于單原子層g-C₃N₄帶光催化的凈水裝置來取代傳統的消菌殺毒方法。

為了更高效的達到凈水的目的，所述光催化裝置包括至少兩個依次連接光催化室，并呈U型排布，高效凈水的同時節省空間。

為了實現光催化裝置凈水的目的，所述光催化室包括套接的外玻璃管和內玻璃管、能夠朝向外玻璃管和內玻璃管照射紫外光的紫外燈、罩設在所述光催化室外的擋光層，所述外玻璃管內壁、內玻璃管內外壁均鋪設有g-C₃N₄納米薄層，其中，紫外線發射波長為200-400mm的光線，且紫外燈與數控單元連接，通過控制紫外燈的功率可以調控催化效率。

其中，所述內玻璃管呈螺旋狀，在相同流速下，螺旋管的比表面積相對較大，使得螺旋管中的水受到的光催化作用更強烈，凈化效果更好。

所述進水管與進水端之間、出水端與出水管之間、兩相鄰光催化室之間分別設有進水閥、出水閥和閥門，且所述進水閥、出水閥和閥門分別與數控單元電連接，所述進水閥、閥門和出水閥分別在數控單元的控制下，水可以從螺旋式的內玻璃管進入、從外玻璃管進入或同時從內玻璃管和外玻璃管進入，這三種進水方式主要取決于待處理進水量和預定處理效果。