[發明專利]水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器及其處理方法

有效

• 申請號: 202010063964.6
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111196623B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 朱明山;蘭申玉;喻川;陸鋼;黃捷
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467;C02F1/469;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃媛君

本發明公開了新型水渦流?壓電自驅動污水處理微反應器及其處理方法，反應器包括螺旋盤管以及進水儲液漏斗，所述螺旋盤管為螺旋狀的空心管，包括進水口和出水口，在所述進水口處或進水口附近處設有進水儲液漏斗。污水處理方法包括如下步驟S1：配置污染物溶液，稱取壓電催化材料并與污染物溶液混勻；S2：將混合液從進水儲液漏斗倒入螺旋盤管；S3：在出水口處接住全部混合液，多次重復步驟S2。本發明反應器結構簡單，操作方便，成本低，維修費用以及后續管理費用低。本發明無需外界能量供給，僅靠螺旋盤管內液體流動所產生的機械力驅動二維狀壓電催化反應來降解污染物，將自然界隨處可見的微弱的水流機械充分運用到環境治理領域中，而避免其浪費。

技術領域

本發明涉及化學反應實驗設備技術領域，特別涉及一種利用壓電效應的新型水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器及其處理方法。

背景技術

隨著化石能源的逐漸枯竭，綠色、清潔無污染的可再生能源的有效利用越來越受到人們重視，人們致力于探索更多形式的可再生資源中。水的機械能是可再生資源中的典型代表，在自然環境中隨處可見，但是它們分布分散、密度小、頻率低，因此收集、轉換并加以利用水的機械能，將是一個具有重要意義和巨大挑戰的難題。

近年來，壓電材料如氧化鋅(ZnO)，奇數層的二硫化鉬(MoS₂)納米片，鈦酸鋇(BaTiO₃)等，通過對其施加機械應力(例如超聲、攪拌、風力、水流、摩擦和擠壓等)使得壓電材料內部發生極化，產生電子和空穴。目前壓電材料已經逐漸應用于環境治理以及修復技術中。2015年，王中林團隊提出了一種風車式空氣凈化系統，以自然風為動力帶動風車轉動而將機械能轉化為電能，以電吸附灰塵并去除SO₂。而以水流為驅動力來控制水污染的自供能設備暫未見報道，還有待開發。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷和不足，提供了新型水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器，結構簡單，能夠模擬真實環境中的水流。

本發明的另一個目的在于提供了利用新型水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器處理污水的方法，二維狀的壓電催化材料在反應器中發生形變而生成壓電電荷，壓電電荷進一步與氧氣、水等結合生成多種高活性自由基組分，以此達到催化降解污染物的目的。

本發明的目的可以通過如下技術方案實現：新型水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器，包括螺旋盤管以及進水儲液漏斗，所述螺旋盤管為螺旋狀的空心管，包括進水口和出水口，在所述進水口處或進水口附近處設有進水儲液漏斗。反應器可以模擬真實環境中的水流。

作為優選的技術方案，所述螺旋盤管的內徑為8mm，外徑為10mm，螺旋上升角度為20°。

作為優選的技術方案，所述螺旋盤管的總長為3m，高度為1m。

作為優選的技術方案，所述進水儲液漏斗中設有止水閥。采用這種結構，止水閥可以控制漏斗中液體流動。

本發明的另一個目的可以通過如下技術方案實現：利用新型水渦流-壓電自驅動污水處理微反應器處理污水的方法，包括如下步驟：S1：配置污染物溶液，稱取壓電催化材料并與污染物溶液混勻；S2：將混合液從進水儲液漏斗倒入螺旋盤管；S3：在出水口處接住全部混合液，多次重復步驟S2。

作為優選的技術方案，所述壓電催化材料為二維狀的壓電催化材料。

作為優選的技術方案，所述二維狀壓電催化材料為奇數層二硫化鉬納米片、氧化鋅納米片或鈦酸鋇納米片。

作為優選的技術方案，所述污染物為羅丹明B、甲基橙、亞甲基藍、恩諾沙星、環丙沙星、甲硝唑、苯并噻唑或苯并三唑。

作為優選的技術方案，在步驟S1中配置污染物溶液時，使用實際水環境條件下的水作為背景基質。

作為優選的技術方案，所述背景基質為去離子水、雨水、河水、自來水或者藥廠廢水。