[發(fā)明專利]節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110506862.1
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113044913A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海成;凌越;周欣儀;花瑞琪;季杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/30
• 分類號(hào): C02F1/30;C02F1/72;C02F1/32
• 代理公司: 重慶謝成律師事務(wù)所 50224
• 代理人: 謝殿武

本發(fā)明公開了一種節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置，包括聚光鏡面、分光棱鏡、光伏板、紫光燈、催化劑及水池，所述催化劑浮于水池水面，所述聚光鏡面用于為分光棱鏡聚光，所述分光棱鏡接受來(lái)自聚光鏡面的聚光并將該聚光分成分光I及分光II，分光I直接照射于水池中的催化劑進(jìn)行光催化反應(yīng)，分光II照射于所述光伏板上轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行儲(chǔ)存，所述紫光燈由光伏板供電用于產(chǎn)生照射水池中的催化劑的紫光。本發(fā)明用于景觀水、污(廢)水及黑臭水體凈化處理，通過充分合理地利用太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化極大程度上降低了能耗可以24小時(shí)凈化水質(zhì)，白天直接利用太陽(yáng)光，晚上利用光伏板的儲(chǔ)能照亮紫外燈，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)整個(gè)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

1972年日本科學(xué)家A.Fujishima和K.Honda發(fā)現(xiàn)光照的Ti02單晶電極能分解水，引起科技工作者對(duì)光誘導(dǎo)氧化還原反應(yīng)的興趣，由此推動(dòng)了有機(jī)物和無(wú)機(jī)物光氧化還原反應(yīng)的興趣。

光催化氧化法是將紫外光輻射(UV)和氧化劑結(jié)合使用的方法。在紫外光的激發(fā)下，氧化劑光分解產(chǎn)生氧化能力更強(qiáng)的自由基(如0H·)和活性氧。羥基自由基具有極高的氧化電極電位(2.80v)，僅次于F(3.06v)。它的電子親和能力為596.3KJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。這決定了0H·進(jìn)攻具有快速性，并且通過電子轉(zhuǎn)移和加成反應(yīng)，能夠無(wú)選擇的與水中的污染物發(fā)生反應(yīng)。通過破鏈斷鍵，將污染物氧化成為二氧化碳、水，部分物質(zhì)直接礦化成為鹽，而不會(huì)產(chǎn)生二次污染。這就使得它具有很強(qiáng)的光氧化還原功能，可氧化分解各種有機(jī)化合物和部分無(wú)機(jī)物，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜和固化病毒的蛋白質(zhì)，從而可以氧化許多單用氧化劑無(wú)法分解的難降解有機(jī)污染物。紫外光和氧化劑的共同使用，使得光催化氧化無(wú)論在氧化能力還是反應(yīng)速率上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過利用光誘導(dǎo)產(chǎn)生羥基自由基0H·，是近年來(lái)水處理工程關(guān)注較多的一種新型高級(jí)氧化裝置。

因?yàn)楣獯呋趸ň哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、耐光腐蝕、低廉無(wú)毒等特性而被廣泛地應(yīng)用于抗污涂料、殺菌、太陽(yáng)能敏化電池和光催化處理環(huán)境污染物等。但是，實(shí)際在利用光催化氧化法進(jìn)行水處理時(shí)因?yàn)樾枰米瞎膺M(jìn)行光催化，紫光燈在長(zhǎng)期照明下會(huì)產(chǎn)生大量的能量消耗，并且由于光源單一長(zhǎng)期使用紫光燈照明，導(dǎo)致紫光燈壽命縮短；并且在整個(gè)光催化反應(yīng)過程中影響發(fā)應(yīng)速率的因素較多，也需要通過控制一些定量因素和變量因素的對(duì)比來(lái)試驗(yàn)得出光催化反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件。

因此，為解決以上問題，需要一種節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，能夠充分利用和儲(chǔ)存太陽(yáng)能為紫光燈提供電能，并且便于測(cè)試各變量因素對(duì)光催化反應(yīng)速率的影響，從而優(yōu)化得到最佳反應(yīng)條件的試驗(yàn)方法，并且整體裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于適用，試驗(yàn)方法也簡(jiǎn)單直接、快速準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，能夠充分利用和儲(chǔ)存太陽(yáng)能為紫光燈提供電能，并且便于測(cè)試各變量因素對(duì)光催化反應(yīng)速率的影響，從而優(yōu)化得到最佳反應(yīng)條件的試驗(yàn)方法，并且整體裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，便于適用，試驗(yàn)方法也簡(jiǎn)單直接、快速準(zhǔn)確。

本發(fā)明的節(jié)能式光催化水處理試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，包括聚光鏡面、分光棱鏡、光伏板、紫光燈、催化劑及水池，所述催化劑浮于水池水面，所述聚光鏡面用于為分光棱鏡聚光，所述分光棱鏡接受來(lái)自聚光鏡面的聚光并將該聚光分成分光I及分光II，分光I直接照射于水池中的催化劑進(jìn)行光催化反應(yīng)，分光II照射于所述光伏板上轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行儲(chǔ)存，所述紫光燈由光伏板供電用于產(chǎn)生照射水池中的催化劑的紫光。

進(jìn)一步，所述聚光鏡面為凹面鏡，且所述凹面鏡的橫截面為拋物線，拋物線型的凹面鏡能最大限度的將照射到聚光鏡面上的入射光聚積到一起，保證足夠的聚光照射到分光棱鏡上。

進(jìn)一步，所述聚光鏡面不少于一個(gè)，本實(shí)施例中采用的是兩個(gè)聚光鏡，在布置空間位置不受限制的前提下也可以設(shè)置多個(gè)聚光鏡面以提高太陽(yáng)能利用率。