一種三相三維電極光電催化反應器的製作方法

2023-07-25 15:36:26

專利名稱：一種三相三維電極光電催化反應器的製作方法
技術領域：
本發明設計涉及一種三相三維電極光電催化反應器，用於實驗室難降解有機物的處理。
背景技術：
隨著現代化工業的發展，有機廢水對環境的影響越來越嚴重，尤其是高濃度有機汙染物的處理是當前世界工業廢水處理的難點和熱點。Carey等人報導了 Ti02光催化氧化法被成功用於水中PCB化合物脫氯(Carey J H, Lawrence J, Tosine H M. Photodechlorination of PCB』 s in the presence of titanium dioxide in aqueous suspensions [J]. Bull of Environ Contam Toxicol, 1976,16 (6) :697_701),半導體多相光催化在水處理領域引起了廣泛的關注。以Ti02為光催化劑的多相光催化在環境保護中的應用得到人們的重視，但是電子_空穴對極易複合，電場協助光催化技術有助於解決這一問題，即施加一定偏壓，促進光生載流子的分離，從而提高催化劑的活性。這是一種將光催化與電化學氧化聯用的新型深度氧化技術。上個世紀60年代末提出三維電極概念，三維電極是一種新型的電化學法反應器。 與二維電極體系相比之下，其具有面體比增大，離子間距小，傳質效果好，電流效率高等優點。其中粒子電極常常採用活性炭負載催化劑，活性炭的吸附作用可以使Ti02表面有機汙染物的濃度在局部範圍內升高，從而提高反應速率，而且被吸附的有機汙染物參與氧化被反應掉，使活性炭在汙染物環境中被再生，即原位再生(王紅娟，奚紅霞.含酚廢水處理技術的現狀與開發前景[J].工業水處理，2002 ;22 (6) :6-9);將光催化與三維電極相結合產生了較好的效果，安太成等公開了一種(公開號CN1526652A)連續循環式固定床電極光催化反應器。現有的報導的光電催化反應器，有些是光源從外面照射，這樣光源沒有充分使用。 有一些採用光源位於反應器的中央，但是陽極和陰極位於反應器殼體的上下與光源以及與光源平行的殼體是垂直的，這樣對於之照試驗就不能為力了，對於反應器的陽極和陰極是豎直的，與光源和殼體平行並且將大的反應室均分為2-6個反應室的光電催化反應器未見報導。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述的技術問題而提供一種三相三維電極光電催化反應器。本實用新型的技術原理—種三相三維電極光電催化反應器，即將三相三維電極和光電催化技術巧妙結合，又充分考慮到實驗中對比實驗的要求，設計出在實驗研究中使用的光電催化反應器，以空氣為氣源，三維粒子電極材料由納米Ti02負載於活性炭顆粒上構成。本實用新型的技術方案[0009]一種三相三維電極光電催化反應器，包括反應器殼體，金屬鈦網陽極，不鏽鋼或石墨陰極，布氣板，雙層U型石英管以及置於該石英管中的光源UV燈，三維粒子電極以及隔板；所述的不鏽鋼或石墨陰極為圓柱形，安裝於殼體內側，緊貼殼體內側，金屬鈦網陽極與電源的正極相連，不鏽鋼或石墨陰極與電源的負極極相連；各個反應室的不鏽鋼或石墨陰極自然連接，各個反應室的金屬鈦網陽極在頂部用導線相連接； 所述的光源UV燈置於雙層U型石英管內層管中，雙層U型石英管置於反應器殼體的中央，其頂部露出於反應器殼體的頂部3-5cm，其底部置於布氣板上，雙層U型石英管的外層緊貼在各個隔板邊壁上，相鄰兩個隔板與雙層U型的石英管外層之間放置金屬鈦網陽極；所述的光源UV燈的波長為365nm，功率為200 500W ；所述的金屬鈦網陽極，以保證透光率，網孔徑為6-8mm ；所述的金屬鈦網陽極表面塗覆一層納米Ti02催化膜，作為光陽極，也可以不塗覆只作電極；所述的雙層U型石英管上面露出在反應器殼體外面的部分的雙層U型石英管的外層管在距反應器殼體頂部3-5cm距離處的水平相對位置設有冷卻進水口及冷卻出水口，其中冷卻進水口連接的小管深入到石英管內外層的夾層的底部；這樣可以使用較小的壓力就可以把冷卻水從冷卻進水口送入，也很容易從冷卻出水口流出；反應器殼體距底部5cm處設有布氣板,該布氣板與反應器殼體內側相粘結，並由曝氣室的隔板支撐固定；該布氣板將反應器的殼體隔開為上下兩部分，下部為曝氣室，上部為反應室；該布氣板是採用砂芯玻璃材料製成，孔隙小於2_，既保證了反應室均勻曝氣，又不至於產生的氣泡比較大；在雙層U型石英管與反應器殼體之間從反應器底部穿過布氣板至反應器殼體的頂部等間距設置2 6塊隔板，將上面的反應室及底部的曝氣室等分成2 6個單反應室及2 6個單曝氣室；在本實用新型的一種三相三維電極光電催化反應器中，有2 6個單室，在同一電壓、光源、反應時間等反應條件下作對照試驗，可以做一組2 6個對照實驗；所述的反應器的殼體為圓柱形，材質為有機玻璃、高硼玻璃、不鏽鋼等。所述的位於殼體下部的單曝氣室均有1個管徑相同的進氣管，其管徑為2 4cm， 每個曝氣室氣量相等，以保證每個反應室均勻曝氣；所述的三維粒子電極材料由納米Ti02負載於活性炭顆粒上構成，填充於各個單反應器室中，可以根據需要負載不同摻雜的Ti02複合體，可以根據不同的實驗採取不同的催化劑負載。三相三維電極光電催化反應器運行時，由外接直流穩壓電源給電極提供一個恆定的電壓，粒子電極在電場作用下發生表面複合極化，在電場的作用下，電子與空穴發生分離，遷移到粒子表面的不同位置。懸浮體系Ti02與活性炭共存產生協同作用，活性炭在較大程度上加速了光降解反應的進行。本實用新型的有益效果[0026]本實用新型的一種三相三維電極光電催化反應器以圓柱形反應器為主體結構， 固、液、氣三相完全混合的方式進行反應，以達到最佳的傳質效果和紫外光利用率。且由於本實用新型一種三相三維電極光電催化反應器的底部用砂芯玻璃製成，均勻曝氣，保證2 6個曝氣室等量曝氣，只用單室時，可用相鄰的兩個室做輔助冷卻。另外，一種三相三維電極光電催化反應器將非均相三維電極和光催化技術巧妙結合，不僅利用陽極的氧化作用和陰極的還原作用，而且利用電場所產生的 OH、H202、-0H等活性物與光催化發生協同作用，在Ti02顆粒表面不斷更新，有機協調反應體系，使降解反應更全面。且由於有2 6個單室，可以做一組2 6個對照實驗，在同一電壓、光源、反應時間等反應條件下作對照試驗。

圖1、三相三維電極光電催化反應器結構示意圖。圖2、三相三維電極光電催化反應器俯視圖。
具體實施方式
下面通過實施例並結合附圖對本發明進一步闡述，但並不限制本發明。實施例1一種三相三維電極光電催化反應器，其結構示意圖如圖1所示，包括反應器殼體 1，金屬鈦網陽極6，不鏽鋼陰極7，布氣板5，雙層U型石英管4以及置於該石英管中的光源 UV燈3，三維粒子電極以及隔板2 ;以金屬鈦網6作陽極，為保證透光率網孔徑為6-8mm ;不鏽鋼7作陰極，金屬鈦網陽極6和不鏽鋼陰極7連接直流電源的電接頭。每個反應室安裝金屬鈦網6陽極，各個反應室的金屬鈦網陽極在頂部用導線相連接；光源UV燈3置於雙層U型石英管4內層管中，雙層U型石英管4置於反應器殼體 1的中央，其頂部露出於反應器殼體的頂部3-5cm,其底部置於布氣板,其側面由隔板固定， 兩個隔板之間放置金屬鈦網陽極；所述的光源UV燈的波長為365nm，功率為250W ；雙層U型石英管4上面露出在反應器殼體1外面的部分的雙層U型石英管4的外層管在距反應器殼體1頂部3cm處的水平相對位置設有冷卻進水口 9及冷卻出水口 10，其中冷卻進水口 9連接的小管深入到雙層U型石英管4內外層的夾層的底部，這樣可以使用較小的壓力就可以把冷卻水從冷卻進水口 9送入，也很容易從冷卻出水口 10流出；反應器殼體1距底部5cm處設有布氣板5,布氣板5是米用砂芯玻璃材料製成，確保孔隙小於2mm，既保證了反應室均勻曝氣，又不至於產生的氣泡比較大；該布氣板與反應器殼體內側相粘結，並由曝氣室的隔板支撐固定，該布氣板將反應器的殼體隔開為上下兩部分，下部為曝氣室，上部為反應室；在雙層U型石英管4與反應器殼體1之間從反應器底部穿過布氣板至反應器殼體的頂部等間距設置4塊隔板2，如圖2所示，隔板2分別將上面的反應室及底部的曝氣室等分成4個單反應室及4個單曝氣室；[0041]在本實用新型的一種三相三維電極光電催化反應器中，有4個單室，在同一電壓、 光源、反應時間等反應條件下作對照試驗，可以做一組4個對照實驗。所述的位於反應器殼體1下部的4個單曝氣室，每個均有1個管徑為2cm的進氣口 8，這樣保證每個曝氣室氣量相等，以保證每個反應室均勻曝氣；所述的三維粒子電極材料由納米Ti02負載於活性炭顆粒上構成，填充於各個單反應器室中，可以根據需要負載不同摻雜的Ti02複合體，可以根據不同的實驗採取不同的催化劑負載。所述的反應器的殼體1材質為有機玻璃。反應器運行時，由外接直流穩壓電源給電極提供一個恆定的電壓，負載有催化劑的粒子電極和汙水混合後放入反應器反應室內。應用實施例1應用實施例1中的三相三維電極光電催化反應器進行光催化模擬印染廢水處理三相三維電極光電催化反應器的殼體直徑為12-22cm，高度為17-30cm，陽極和陰極之間的距離為5-10cm ；粒子電極採用溶膠_凝膠法(李寧.二氧化鈦光催化劑的製備與改性及光電催化性能研究[D].[碩士學位論文].河北燕山大學環境與化學工程學院，2007)製得活性炭負載Ti02，活性炭為粉態，粒徑小於0. 175mm。活性豔紅模擬印染廢水，初始濃度為200 mg/L的活性豔紅染料溶液與粒子電極一起加入反應器後，通入空氣，控制空氣流量為80L/h，同時打開紫外燈和電源。反應60min後可以到達77. 46%的脫色率，反應90min後可以到達97. 09%的脫色率。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特徵和本實用新型的優點。本領域的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的範圍內。本發明要求的保護範圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求1.一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於該反應器包括反應器殼體、金屬鈦網陽極、不鏽鋼或石墨陰極、三維粒子電極、布氣板、隔板及雙層U型石英管以及置於該石英管中的光源UV燈；所述的不鏽鋼或石墨陰極為圓柱形，安裝於殼體內側，緊貼殼體內側，金屬鈦網陽極與電源的正極相連，不鏽鋼或石墨陰極與電源的負極相連；各個反應室的不鏽鋼或石墨陰極自然連接，各個反應室的金屬鈦網陽極在頂部用導線相連接；所述的光源UV燈置於雙層U型石英管內層管中，雙層U型石英管置於反應器殼體的中央，其頂部露出於反應器殼體的頂部3-5cm，其底部置於布氣板，雙層U型石英管的外層緊貼在各個隔板的邊壁上，相鄰兩個隔板與石英管外層之間放置金屬鈦網陽極，所述的金屬鈦網陽極，網孔徑為6-8mm ；雙層U型石英管上面露出在反應器殼體外面的部分的雙層U型石英管的外層管在距反應器殼體頂部3-5cm距離處的水平相對位置設有冷卻進水口及冷卻出水口，其中冷卻進水口連接的小管深入到石英管內外層的夾層的底部；反應器殼體距底部5cm處設有布氣板,該布氣板與反應器殼體內側相粘結，並由曝氣室的隔板支撐固定，該布氣板將反應器的殼體隔開為上下兩部分，下部為曝氣室，上部為反應室；在雙層U型石英管與反應器殼體之間從反應器底部穿過布氣板至反應器殼體的頂部等間距設置2 6塊隔板，將上面的反應室及底部的曝氣室等分成2 6個單反應室及2 6個單曝氣室；所述的位於殼體下部的每個單曝氣室均有1個管徑相同的進氣口；所述的三維粒子電極材料填充於各個單反應器室中。
2.如權利要求1所述的一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於所述的反應器殼體為圓柱形，所述的反應器的殼體材質為有機玻璃、高硼玻璃或不鏽鋼。
3.如權利要求2所述的一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於所述的殼體下部的每個單曝氣室的進氣口的管徑為2 4cm。
4.如權利要求3所述的一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於所述的隔板數量為4個。
5.如權利要求4所述的一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於所述的金屬鈦網陽極表面塗覆一層納米Ti02催化膜。
6.如權利要求5所述的一種三相三維電極光電催化反應器，其特徵在於所述的布氣板是採用砂芯玻璃材料製成，孔隙小於2_。
7.如權利要求1 6任一權利要求所述的一種三相三維電極光電催化反應器,其特徵在於光源UV燈的波長為365nm，功率為200 500W。
專利摘要本實用新型涉及一種三相三維電極光電催化反應器。該反應器包括反應器殼體，金屬鈦網陽極，不鏽鋼或石墨陰極，布氣板，雙層U型石英管以及置於該石英管中的光源UV燈，三維粒子電極以及隔板。所述的三維粒子電極材料由納米TiO2負載於活性炭顆粒上構成，活性炭的吸附作用可以造成Ti02表面有機汙染物濃度的局部升高，從而提高反應速率。不鏽鋼或石墨陰極和鈦網陽極之間形成光電催化反應室，隔板將大反應室均分為2-6個小反應室。它將三相三維電極和光電催化技術巧妙結合，又充分考慮到實驗中對比實驗的要求，設計了一個可以用於有機廢水降解，特別實驗室做有機廢水光電催化降解的反應裝置。
文檔編號C02F1/32GK202346797SQ20112030545
公開日2012年7月25日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者何康寧, 劉濤, 張大全, 高立新 申請人:上海電力學院