CN202898070U - 光催化水处理装置以及光电催化水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光催化水处理装置，包括：容器，其用于容纳待处理的水溶液；旋转部件，其布置在容器的上方，并部分地位于水溶液的液面以下，旋转部件具有供水溶液进入的通道，通道的内壁上涂覆有光催化剂；驱动部件，其驱动旋转部件来旋转；以及光源，其布置在旋转部件的通道内，并位于水溶液的液面以上，光源用于照射光催化剂。本实用新型还提供一种光电催化水处理装置，包括：光催化水处理装置，其中旋转部件用作电极阳极；电极阴极，其浸入水溶液内或浸入另一溶液内；以及恒电位仪，其连接在电极阳极和电极阴极之间。本实用新型通过增强激发光的利用效率来改进光催化/光电催化反应效率，同时减少能量消耗。

Description

光催化水处理装置以及光电催化水处理装置

技术领域

本实用新型涉及水处理装置，更具体地，涉及一种光催化水处理装置以及光电催化水处理装置。

背景技术

工业或家庭的废水中的有机污染物必须在排放之前被排除或降解。在不同的处理方法中，最受关注的是高级氧化法(AOPs)，其使用羟基自由基(OH·)作为强氧化剂来降解有机废物。

在不同的AOPs中，由于光催化法能够在环境温度和大气压下将很大范围的顽固的有机废物降解并矿化成无害物质，所以在近几年得到很大的关注。光催化氧化方法主要使用微粒锐钛矿TiO₂悬浮液来去除污染物。使用TiO₂悬浮液的水处理装置的优点在于光催化剂容易添加到污水中。由于使用的TiO₂的尺寸是纳米级的，TiO₂纳米颗粒的后处理过程需要过滤去除光催化剂粉末，该过程不仅耗时，而且成本很高，这妨碍了该技术的应用。

为了解决上述问题，人们在惰性载体上固定光催化剂，从而取消昂贵的分离过程。例如，将光催化剂固定到载体表面上，例如玻璃、硅胶、金属、陶瓷、聚合物、薄膜、纤维、沸石、矾土、活性炭、纤维素、反应器外壁等等。然而，与TiO₂悬浮颗粒相比，相对较低的表面积和产生的电子空穴对的复合使得固定化光催化剂的反应效率不高。

此外，固定的光催化剂完全浸入溶液中，激发光需要穿过样品溶液、甚至穿过光催化反应器的外壁才到达光催化剂表面，由于样品溶液的吸收而导致激发光能量的严重损耗，并导致处理效率低下。在许多情形下，溶液中存在一些物质能够强烈地吸收光能，在这些情形中能量损耗更为严重。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种新型光催化/光电催化水处理装置，其能够提高激发光的利用效率，减少能量损耗，由此改进整个装置的效率。

根据本实用新型的第一个方面，提供一种光催化水处理装置，包括：

容器，其用于容纳待处理的水溶液；

旋转部件，其布置在所述容器的上方，并部分地位于所述水溶液的液面以下，所述旋转部件具有供所述水溶液进入的通道，所述通道的内壁上涂覆有光催化剂；

驱动部件，其驱动所述旋转部件来旋转；以及

光源，其布置在所述旋转部件的所述通道内，并位于所述水溶液的液面以上，所述光源用于照射所述光催化剂。

优选地，所述旋转部件是圆柱形转筒，所述圆柱形转筒的中心轴线平行于所述水溶液的液面。

优选地，所述光源设置在所述圆柱形转筒的中心轴线上，有利于光源均匀地照射光催化剂。

优选地，所述旋转部件的旋转速度是可调节的，以便于操作者根据具体的应用情况来调节所述旋转速度。

优选地，所述光催化剂是半导体材料。更优选地，所述半导体材料是TiO₂或ZnO。

优选地，所述旋转部件的所述通道的内壁上设有突起或凹部。更优选地，所述突起是锥状的突起，以便于增加光催化反应的表面面积。

优选地，所述光源为VUV光源、UVA光源、UVB光源，UVC光源或可见光光源。

根据本实用新型的第二个方面，提供一种光电催化水处理装置，其特征在于，包括：

前述的光催化水处理装置，其中，所述旋转部件用作电极阳极；

电极阴极，其浸入所述水溶液内或浸入另一溶液中；以及

恒电位仪，其连接在所述电极阳极和所述电极阴极之间。

该光电催化水处理装置通过将旋转部件用作电极阳极，并在水溶液中引入电极阴极，并通过恒电位仪向旋转部件施加正电势，促使光催化反应中产生的光生电子流向电极阴极，由此抑制光生电子和光生空穴的复合，从而提高了光催化反应效率。

本实用新型通过增强激发光的利用效率来改进光催化/光电催化水处理装置中的催化反应效率，同时减少能量消耗。

附图说明

本实用新型的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中：

图1示出了根据本实用新型的第一个方面的光催化水处理装置的结构示意图；以及

图2示出了根据本实用新型的第二个方面的光电催化水处理装置的结构示意图。

附图标记说明

100光催化水处理装置

10容器

20旋转部件

21通道

30驱动部件

40光源

50水溶液

51液面

60电极阴极

70恒电位仪

80支架

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本实用新型的特定方式，而非限制本实用新型的范围。

参见图1，其示出了根据本实用新型的光催化水处理装置100的结构示意图。

光催化水处理装置100包括容器10、旋转部件20、驱动部件30以及光源40。容器10用于容纳待处理的水溶液50，例如污水等。

旋转部件20布置在容器10的上方，并部分地位于水溶液50的液面51以下。该旋转部件20具有供待处理的水溶液50进入的通道21，通道21的内壁上涂覆有光催化剂。该光催化剂是半导体材料，优选地，该半导体材料是TiO₂或ZnO。

驱动部件30驱动旋转部件20来旋转，在本实施例中，驱动部件30为马达。

光源40布置在旋转部件20的通道21内，并位于水溶液50的液面51以上。该光源40可以例如是UV灯，用于照射通道21的内壁上的光催化剂。

在图1所示的实施例中，旋转部件20是一个圆柱形转筒，其通过例如支架80等设置在容器的上方，例如马达等驱动部件也可以安装在该支架80上。圆柱形转筒的中心轴线平行于水溶液50的液面51，部分地位于液面51以下。优选地，旋转部件20的旋转速度是可调节的，以便于操作人员根据具体的应用情形来进行调整。

更优选地，光源40设置在圆柱形转筒的中心轴线上，以便于均匀地照射圆柱形转筒的内壁上的光催化剂。

此外，为了增加光催化反应的表面面积，圆柱形转筒的内壁可设计成任何形状，例如，圆柱形转筒的内壁上设有突起或凹部。优选地，该突起是锥状的突起。

优选地，该光源40为VUV光源、UVA光源、UVB光源，UVC光源或可见光光源。

在根据本实用新型的光催化水处理装置100中，通过马达驱动圆柱形转筒来旋转，在圆柱形转筒的内壁上形成一个薄的溶液膜。光源布置在圆柱形转筒内、待处理的水溶液的上方，激发光可以直接到达圆柱形转筒在水溶液的液面以上的部分的内表面，来照射光催化剂，从而产生强氧化性物质，降解水溶液中的污染物，同时溶液对激发光的吸收损耗显著地减少。另一方面，由于光源轴向安装在圆柱形转筒内，几乎所有的光线照射在圆柱形转筒内并照射光催化剂，从而能够将整体激发光源的利用最大化。

参见图2，其示出了根据本实用新型的光电催化水处理装置200，其中相同的附图标记用来表示相同的部件或装置。

该光电催化水处理装置200包括图1中的光催化水处理装置100、电极阴极60和恒电位仪70，其中，旋转部件20用作电极阳极；恒电位仪70连接在电极阳极和电极阴极60之间。恒电位仪70向电极阳极施加一小的正电势。更有利地，该恒电位仪70能够随着环境条件的变化能自动地调整电流，使旋转部件50和电极阴极60之间的电位保持恒定。

在根据本实用新型的光电催化水处理装置200中，通过恒电位仪70在二氧化钛电极阳极上施加小的正电势，以迫使光催化反应中产生的光生电子流向电极阴极，从而阻碍光生电子和空穴的结合，并增加空穴对水体中有机物的氧化能力。

在常规的光催化/光电催化反应器设计中，无效的光能损耗限制了TiO₂光催化和光电催化氧化的实际应用。当固定的光催化剂或光阳极完全浸入溶液中时，激发光在到达光催化剂表面之前需要穿过样品溶液或甚至穿过反应器的外壁，由于吸收，导致了低处理效率，所以导致激发光能量的重大损耗。而根据本实用新型的光催化/光电催化水处理装置则解决了这一难题。在本实用新型的设计中，光源布置在圆柱形转筒内、待处理的水溶液的上方，激发光可以直接到达圆柱形转筒的内表面来照射光催化剂，从而生成强氧化性物质，降解水中的污染物，光的吸收损耗显著地减少。并且，几乎所有的光在圆柱形转筒内照射光催化剂，所以，该设计能够将整体光源能量的利用最大化。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和形状作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。例如，旋转部件还可以是圆柱形转筒以外的任何形状的任何部件。这些变形和/或组合均落入本实用新型所涉及的技术领域内，并落入本实用新型权利要求的保护范围。

需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种光催化水处理装置(100)，其特征在于，包括：

容器(10)，其用于容纳待处理的水溶液(50)；

旋转部件(20)，其布置在所述容器(10)的上方，并部分地位于所述水溶液(50)的液面(51)以下，所述旋转部件(20)具有供所述水溶液进入的通道(21)，所述通道(21)的内壁上涂覆有光催化剂；

驱动部件(30)，其驱动所述旋转部件(20)来旋转；以及

光源(40)，其布置在所述旋转部件(20)的所述通道(21)内，并位于所述水溶液(50)的液面(51)以上，所述光源(40)用于照射所述光催化剂。

2.根据权利要求1所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述旋转部件(20)是圆柱形转筒，所述圆柱形转筒的中心轴线平行于所述水溶液(50)的液面(51)。

3.根据权利要求2所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述光源(40)设置在所述圆柱形转筒的中心轴线上。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述旋转部件(20)的旋转速度是可调节的。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述光催化剂是半导体材料。

6.根据权利要求5所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述半导体材料是TiO₂或ZnO。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述旋转部件(20)的所述通道(21)的内壁上设有突起或凹部。

8.根据权利要求7所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述突起是锥状的突起。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的光催化水处理装置(100)，其特征在于，所述光源(40)为VUV光源、UVA光源、UVB光源，UVC光源或可见光光源。

10.一种光电催化水处理装置(200)，其特征在于，包括：

根据权利要求1到9中任一项所述的光催化水处理装置(100)，其中，所述旋转部件(20)用作电极阳极；

电极阴极(60)，其浸入所述水溶液(50)内或浸入另一溶液内；以及

恒电位仪(70)，其连接在所述电极阳极和所述电极阴极之间。

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