申請日2015.07.09

　　公開(公告)日2017.12.22

　　IPC分類號C02F1/30; B01J21/08; B01J23/06; B01J23/72; B01J23/745; B01J23/50

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種用于廢水處理的光反應(yīng)器，以鏡面構(gòu)成溝渠形狀的光反應(yīng)器主體，將負(fù)載有光催化劑的玻璃珠以懸掛、支撐、堆積或底部平鋪的方式置于光反應(yīng)器主體內(nèi)。本發(fā)明避免了光催化劑的分離，強(qiáng)化了廢水的流動和傳質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單可調(diào)，成本低廉，無需占地，可直接利用太陽光實現(xiàn)光催化降解廢水。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種用于廢水處理的光反應(yīng)器，其特征在于：

　　在廢水溝渠內(nèi)以粘貼或放置于溝渠壁面和底面的鏡面構(gòu)成光反應(yīng)器主體，或預(yù)先將鏡面組裝為溝渠形狀的光反應(yīng)器主體，負(fù)載有光催化劑的中空玻璃珠以懸掛或支撐的方式置于光反應(yīng)器內(nèi);

　　所述的鏡面以含氟溶液處理為具有粗糙度小于5μm的平面或弧形鏡面，并將光催化劑溶膠前驅(qū)體以涂膜或提拉方式負(fù)載，然后經(jīng)30-120℃干燥0.5-12小時，于150-600℃煅燒0.5-12小時;

　　所述玻璃珠以含氟溶液處理為具有粗糙度小于5μm的表面，將光催化劑溶膠前驅(qū)體以浸漬或提拉或懸涂負(fù)載，經(jīng)30-120℃干燥0.5-12小時，150-600℃煅燒0.5-12小時。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理的光反應(yīng)器，其特征在于：

　　所述含氟溶液是體積濃度為0.5-5%的NaF，KF，NH4F或HF溶液中的一種或多種與0-15%的體積濃度硝酸，草酸，乙酸，硫酸或鹽酸中的一種或多種的混合溶液。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢水處理的光反應(yīng)器，其特征在于：

　　所述光催化劑溶膠前驅(qū)體是二氧化鈦溶膠，二氧化鋯溶膠，氧化鋅溶膠，氧化亞銅溶膠，氧化鐵溶膠，氧化銀溶膠中的一種或多種。

　　說明書

　　一種用于廢水處理的光反應(yīng)器

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明公開一種用于廢水處理的光反應(yīng)器，特別是涉及一種用于廢水處理的光反應(yīng)器的制備。

　　背景技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平提高，各種有毒難降解污染物如藥品、農(nóng)藥、染料、表面活性劑、重金屬以及亞硝酸鹽等大量進(jìn)入環(huán)境，導(dǎo)致水質(zhì)下降和化學(xué)性水污染事件的發(fā)生。目前對于難生化降解的有毒有機(jī)廢水，由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的原因，仍缺乏有效的治理手段。要實現(xiàn)對難生化降解廢水的處理，治理手段應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同廢水來源，性質(zhì)和應(yīng)用可行性來進(jìn)行選擇，其中以太陽光進(jìn)行降解的光催化技術(shù)最為廉價和可行。

　　光催化技術(shù)作為一種真正環(huán)境友好的綠色技術(shù),近年來受到廣泛關(guān)注,在空氣，廢水和食品處理中的應(yīng)用日益受到重視，被用作殺菌消毒，光解水制氫，固氮，礦化污染物，處理油污等領(lǐng)域，是現(xiàn)在人類所需要的一種綠色技術(shù)。要實現(xiàn)光催化技術(shù)在上述領(lǐng)域的實際規(guī)模應(yīng)用，研究重點則需集中在光催化過程機(jī)理研究和光反應(yīng)器設(shè)計兩個方面。但現(xiàn)階段，光催化領(lǐng)域的研究工作更多的集中在基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，在光催化技術(shù)的工程應(yīng)用，尤其是光催化反應(yīng)器工程方面的基礎(chǔ)研究和中試工作開展的相對較少。這一環(huán)節(jié)成為制約光催化技術(shù)從實驗室走向工程應(yīng)用的短板。

　　用于廢水處理的光反應(yīng)器設(shè)計和放大是一個復(fù)雜的過程，需要同時考慮多種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的影響因素。從1980年第一臺光反應(yīng)器，槽式太陽能集熱器被應(yīng)用以來，各種光反應(yīng)器被設(shè)計出來。一個有效的光反應(yīng)器的應(yīng)該具備以下特點：光的有效輻射量應(yīng)該盡可能的增大;使催化劑盡可能多的與污染物接觸;使光通過反應(yīng)器時分布均勻。

　　目前，按照光催化劑的存在方式，光催化反應(yīng)器主要分為懸浮式和固定式兩大類，目前有代表性的光反應(yīng)器主要包括槽式太陽能集熱器(PTR),薄膜式固定床反應(yīng)器(TFFBR)，組合槽式集熱反應(yīng)器(CPCR),傾斜板式反應(yīng)器(IPC)，雙夾層板式反應(yīng)器(DSSR)，轉(zhuǎn)盤式光反應(yīng)器(RDR)，水鐘式反應(yīng)器(WBR),光纖式光反應(yīng)器(OFP),固定床光反應(yīng)器和流化床光反應(yīng)器等，其中在工業(yè)方面有應(yīng)用前景的主要是CPCR,IPC和DSSR，工業(yè)應(yīng)用較為廣泛的是CPCR反應(yīng)器。有關(guān)光催化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計一直是光催化領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題之一。

　　在如CPCR,IPC的懸浮式光反應(yīng)器中，雖然光催化的懸浮體系比固定相體系的效率高，但懸浮體系光催化劑的難回收和成本高的問題使負(fù)載型催化劑成為光催化反應(yīng)器設(shè)計的必然趨勢;而如DSSR的固定床式反應(yīng)器中，光催化劑負(fù)載于反應(yīng)器壁面上，光催化材料的有效反應(yīng)面積減小，導(dǎo)致催化劑活性和光源的利用效率都降低，且由于壁面層流層的存在，流體湍動程度低，受擴(kuò)散影響較強(qiáng)。此外，上述光反應(yīng)在工業(yè)化應(yīng)用時均需要投入一定場地作為反應(yīng)器而另行搭建，并需對原有的排污系統(tǒng)進(jìn)行改造，應(yīng)用起來比較麻煩且需要投入的資金較大。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供一種用于廢水處理的光反應(yīng)器，特別是涉及一種用于廢水處理的光反應(yīng)器的制備技術(shù)。利用玻璃珠負(fù)載光催化劑，解決光催化劑難于分離的問題;利用玻璃珠強(qiáng)化流體流動傳質(zhì)，提高光催化劑光催化性能。

　　本發(fā)明的關(guān)鍵在于：通過氟化物腐蝕的辦法在玻璃珠上刻蝕得到粗糙表面用于光催化劑負(fù)載;將玻璃珠置于由鏡面構(gòu)成的光反應(yīng)器內(nèi)通過改變流體流動狀態(tài)強(qiáng)化傳質(zhì)，實現(xiàn)光催化反應(yīng)的強(qiáng)化。

　　本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

　　0.5-5%(體積濃度，下同)的NaF，KF，NH4F或HF溶液中的一種或多種與0-15%硝酸，草酸，乙酸，硫酸或鹽酸中的一種或多種的混合溶液;

　　以二氧化鈦溶膠，二氧化鋯溶膠，氧化鋅溶膠，氧化亞銅溶膠，氧化鐵溶膠，氧化銀溶膠中的一種或多種作為光催化劑溶膠前驅(qū)體;

　　將玻璃鏡面以含氟溶液處理為具有粗糙度小于5μm的平面或弧形鏡面，將光催化劑溶膠前驅(qū)體以涂膜法負(fù)載，經(jīng)30-120℃干燥0.5-12小時，150-600℃煅燒0.5-12小時;

　　將玻璃珠以含氟溶液處理為具有粗糙度小于5μm的表面，將光催化劑溶膠前驅(qū)體以懸涂法負(fù)載，經(jīng)30-120℃干燥0.5-12小時，150-600℃煅燒0.5-12小時;

　　將上述經(jīng)過處理的玻璃鏡面在廢水溝渠內(nèi)以粘貼或放置于溝渠壁面和底面的形式構(gòu)成光反應(yīng)器主體，或預(yù)先將鏡面組裝為溝渠形狀的光反應(yīng)器主體;

　　將負(fù)載有光催化劑的玻璃珠以懸掛、支撐、堆積或底部平鋪的方式置于光反應(yīng)器內(nèi)，構(gòu)成本發(fā)明所述的用于廢水處理的光反應(yīng)器。

　　本技術(shù)發(fā)明的優(yōu)點主要在于：將光催化劑負(fù)載在玻璃珠和玻璃鏡面上，固定于光反應(yīng)器中，能避免催化劑分離的工序，同時能提供足夠的催化劑量和催化表面;固定的玻璃珠在反應(yīng)器內(nèi)能起到固定床填料的作用，廢水經(jīng)過玻璃珠能強(qiáng)化流動，有利于光催化過程的傳質(zhì);光反應(yīng)器由鏡面和玻璃珠簡單組成，成本低廉，不加外能，結(jié)構(gòu)可調(diào)，不需占地而是方便的組裝或;安裝于有陽光照射的溝渠內(nèi)，可利用太陽光實現(xiàn)無外加能源的光催化廢水降解過程。