CN103523855A - 负载型光催化降解方法及负载型光催化实时在线降解装置 - Google Patents

负载型光催化降解方法及负载型光催化实时在线降解装置 Download PDF

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王婷
董亚梅
金彩虹
何丹农
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Abstract

本发明公开了一种负载型光催化降解方法，具有如下步骤：首先TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂负载到载体和透明反应管道的内壁上，光催化剂载体采用透明材料制成，将负载光催化剂后的载体放入透明反应管道内，载体和透明反应管道的内壁一起形成负载型光催化剂固定界面，在废水通过透明反应管道自上而下流动过程中，采用人工激发光源或太阳光照射透明反应管道中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从透明反应管道的出水口流出。本发明还提供了一种负载型光催化实时在线降解装置。本发明能实现实时在线快速光催化降解废水中的污染物，提高光催化效率及废水处理效率，设备简单，操作方便，成本低廉，适于工业生产。

Description

负载型光催化降解方法及负载型光催化实时在线降解装置
技术领域
本发明涉及一种降解废水中有机污染物的方法及设备，特别是涉及一种光催化降解方法及其装置，应用于废水中难降解有机污染物处理技术领域。
背景技术
2010年环境统计年报统计，全国废水中COD排放量1238.1万吨，其中造纸与纸制品业、农副食品加工业、化学原料及化学制品制造业、纺织业的COD排放量为219.5万吨。而现代工业的发展使含有难降解有机污染物的工业废水中日益增多，废水中难降解有机污染物的深度处理方法为目前研究热点。常用的深度处理方法包括：吸附法、生物处理技术和高级化学氧化法。其中高级化学氧化法中的光催化氧化法降解速度快，不产生二次污染，反应条件温和，是环境领域活跃的研究方向。二氧化钛高效、化学性质稳定、抗光氧化型强，广泛用于光催化氧化。锐钛矿型二氧化钛的禁带宽度为3.2eV，吸收波长小于388nm，吸收波段为紫外光区。而用稀土元素、非金属元素、贵金属元素等对二氧化钛进行改性可以提高其光催化活性，提高其可见光响应范围，减少废水中难降解有机污染物处理中的能量消耗，甚至实现污染物直接在太阳光下进行光催化降解。
研究者已根据光催化降解的特性设计出不同光催化降解方法，主要分为悬浮型和负载型两种，其中负载型光催化降解更利于催化剂的回收和重复利用，但二氧化钛负载的载体降低了二氧化钛光催化剂的催化活性，导致降解效率下降。而且负载型光催化法多是采用批次处理的方式处理废水，不能实现废水的实时在线快速处理。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种负载型光催化降解方法及负载型光催化实时在线降解装置，能实现实时在线快速光催化降解废水中的污染物，提高光催化效率及废水处理效率，本发明方法工艺简单，操作方便，成本低廉，适于工业生产。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种负载型光催化降解方法，具有如下步骤：首先TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂负载到载体和透明反应管道的内壁上，光催化剂载体采用透明材料制成，将负载光催化剂后的载体放入透明反应管道内，载体和透明反应管道的内壁一起形成负载型光催化剂固定界面，然后将废水提升至透明反应管道的入水口，在废水通过透明反应管道自上而下流动过程中，采用人工激发光源或太阳光照射透明反应管道中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从透明反应管道的出水口流出。
作为本发明改进的技术方案，放入透明反应管道内的载体可根据污水降解程度的实际需要进行更换。
上述人工激发光源优选采用紫外光源。
优选采用水解沉淀法、烧结法、偶联法或溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂负载到载体和透明反应管道的内壁上。
本发明还提供了一种负载型光催化实时在线降解装置，由透明反应管、光催化剂载体、激发光源和水泵组成光催化降解装置单元，透明反应管的入水口位置高于其出水口位置，光催化剂载***于反应管中，沿着透明反应管的管路进行分布，光催化剂载体采用透明材料制成，在透明反应管内壁上和光催化剂载体表面上负载TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂，使透明反应管内壁表面和光催化剂载体表面一起形成光催化剂固定界面，使用水泵将废水提升至透明反应管的入水口，使废水通过透明反应管自上而下流动，当废水流过透明反应管内壁表面和光催化剂载体表面，采用人工激发光源或太阳光照射透明反应管中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从透明反应管的出水口流出。
上述光催化降解装置单元优选进行串联或并联使用。
上述透明反应管优选为螺旋形结构，并最好环绕于激发光源周围。
上述透明反应管优选采用石英管，光催化剂载体优选采用石英玻璃载体。
上述光催化剂载体优选为石英纤维或石英颗粒。
上述激发光源优选采用紫外激发光源。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明可以实现废水中有机污染物实时在线快速的光催化降解，在紫外光下水中活性蓝的降解率在75%以上；
2．本发明能实现废水的实时在线快速处理，比传统的负载型光催化法多是采用批次处理的方式处理废水更具优势；
3.本发明通过将透明反应管或反应管连同中间的紫外激发光源进行串联或并联使用，实现光催化降解装置单元串联或并联组合应用，设备的组合灵活，可以根据污水的COD水平定制设备，尤其适合处理含有高浓度有机污染物的工业废水，能显著提高光催化效率，并提高废水中有机污染物的降解率；
4. 本发明中使用的石英玻璃载体可以是石英纤维、石英颗粒等具有良好光透过率的可供废水流通过的材料，可以提高整个光催化降解装置单元的光透过率，从而显著提高光催化降解废水的效率，提高污水处理能力；
5. 本发明中的透明反应管可以竖直放置或和水平面呈一定夹角放置，可以通过透明反应管放置方式调节废水通过反应管的光催化降解时间，操作灵活；
6.本发明中使用的泵可以调节速率，通过调节速率调节反应管的进水量，即光催化反应的废水处理流量，操作方便。
附图说明
图1是本发明实施例一负载型光催化实时在线降解装置的结构示意图。
图2是图1的纵剖面结构示意图。
图3是图1的横剖面结构示意图。
图4是本发明实施例一的内部装有光催化剂载体的透明反应管的横断面结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～图4，一种利用权利要求1的负载型光催化实时在线降解装置，由透明反应管1、光催化剂载体2、激发光源3和水泵6组成光催化降解装置单元，透明反应管1的入水口4位置高于其出水口5位置，光催化剂载体2位于反应管中，沿着透明反应管1的管路进行分布，光催化剂载体2采用透明材料制成，在透明反应管1内壁上和光催化剂载体表面上负载TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂，使透明反应管1内壁表面和光催化剂载体表面一起形成光催化剂固定界面，使用水泵6将废水提升至透明反应管1的入水口4，使废水通过透明反应管1自上而下流动，当废水流过透明反应管1内壁表面和光催化剂载体表面，采用人工激发光源或太阳光照射透明反应管1中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从透明反应管1的出水口5流出。
在本实施例中，参见图1和图2，透明反应管1为螺旋形结构，并环绕于激发光源3周围。
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英颗粒，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英颗粒上，激发光源3采用紫外激发光源。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英颗粒放入透明反应管1中，石英颗粒可根据实际需要更换。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为20μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为90°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用紫外激发光源照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为25.2%。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英颗粒，用烧结法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英颗粒上，激发光源3采用紫外激发光源。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英颗粒放入透明反应管1中，石英颗粒可根据实际需要更换。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为20μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为45°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用紫外激发光源照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为37.1%。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英纤维，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英纤维上，激发光源3采用紫外激发光源。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英纤维放入透明反应管1中，石英纤维可根据实际需要更换。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为20μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为45°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用紫外激发光源照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为34.4%。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英纤维，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英纤维上，激发光源3采用紫外激发光源。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英纤维放入透明反应管1中，石英纤维可根据实际需要更换。
在本实施例中，将两个透明反应管1连同中间的紫外激发光源进行串联，使光催化降解装置单元进行串联形成负载型光催化实时在线降解装置。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为20μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为45°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用紫外激发光源照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为52.5%。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英纤维，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英纤维上，激发光源3采用紫外激发光源。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英纤维放入透明反应管1中，石英纤维可根据实际需要更换。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为10μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为45°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用紫外激发光源照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为78.1%。
实施例六：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，采用石英玻璃作为透明反应管1和光催化剂载体2的材料，其中透明反应管1采用石英管，光催化剂载体2采用石英纤维，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在石英管内壁和石英纤维上，激发光源3采用太阳光照射代替人工光源。当使用可见光时，关闭紫外激发光源，在太阳光下进行照射。
在本实施例中，将石英管内壁负载了TiO2光催化剂的石英管制成螺旋形的透明反应管1，透明反应管1环绕于紫外激发光源周围。
在本实施例中，将负载了TiO2光催化剂的石英纤维放入透明反应管1中，石英纤维可根据实际需要更换。
在本实施例中，将两个透明反应管1连同中间的紫外激发光源进行串联，使光催化降解装置单元进行串联形成负载型光催化实时在线降解装置。
在本实施例中，通过水泵6，将活性蓝浓度为10μg/ml的水溶液提升至透明反应管1上部的入水口4，使活性蓝溶液从上而下通过负载型光催化实时在线降解装置的透明反应管1。透明反应管1整体和地面夹角为30°。在活性蓝溶液通过透明反应管1的过程中，采用太阳光照射透明反应管1中的活性蓝。降解后的活性蓝溶液从透明反应管1下部出水口5流出。测定活性蓝的降解率为64.0%。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明负载型光催化降解方法及负载型光催化实时在线降解装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种负载型光催化降解方法，其特征在于，具有如下步骤：首先TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂负载到载体和透明反应管道的内壁上，所述光催化剂载体采用透明材料制成，将负载光催化剂后的载体放入透明反应管道内，载体和透明反应管道的内壁一起形成负载型光催化剂固定界面，然后将废水提升至透明反应管道的入水口，在废水通过透明反应管道自上而下流动过程中，采用人工激发光源或太阳光照射透明反应管道中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从透明反应管道的出水口流出。
2.根据权利要求1所述的负载型光催化降解方法，其特征在于：放入透明反应管道内的载体可根据污水降解程度的实际需要进行更换。
3. 根据权利要求1或2所述的负载型光催化降解方法，其特征在于：人工激发光源采用紫外光源。
4.根据权利要求1或2所述的负载型光催化降解方法，其特征在于：用水解沉淀法、烧结法、偶联法或溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂负载到载体和透明反应管道的内壁上。
5.一种利用权利要求1所述的负载型光催化降解方法的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：由透明反应管（1）、光催化剂载体（2）、激发光源（3）和水泵（6）组成光催化降解装置单元，所述透明反应管（1）的入水口（4）位置高于其出水口（5）位置，所述光催化剂载体（2）位于反应管中，沿着所述透明反应管（1）的管路进行分布，所述光催化剂载体（2）采用透明材料制成，在所述透明反应管（1）内壁上和所述光催化剂载体表面上负载TiO2光催化剂或改性TiO2光催化剂，使所述透明反应管（1）内壁表面和所述光催化剂载体表面一起形成光催化剂固定界面，使用所述水泵（6）将废水提升至所述透明反应管（1）的入水口（4），使废水通过所述透明反应管（1）自上而下流动，当废水流过所述透明反应管（1）内壁表面和所述光催化剂载体表面，采用人工激发光源或太阳光照射所述透明反应管（1）中的废水，使废水中有机污染物进行光催化降解，降解后的废水从所述透明反应管（1）的出水口（5）流出。
6.根据权利要求5所述的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：所述光催化降解装置单元进行串联或并联使用。
7.根据权利要求5或6所述的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：所述透明反应管（1）为螺旋形结构，并环绕于所述激发光源（3）周围。
8.根据权利要求7所述的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：所述透明反应管（1）采用石英管，所述光催化剂载体（2）采用石英玻璃载体。
9.根据权利要求8所述的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：所述光催化剂载体（2）为石英纤维或石英颗粒。
10. 根据权利要求5或6所述的负载型光催化实时在线降解装置，其特征在于：激发光源（3）采用紫外激发光源。
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