一種管狀光催化反應器的製作方法

2023-05-23 23:50:11 1

專利名稱：一種管狀光催化反應器的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境淨化技術領域，涉及一種光催化反應裝置，尤其是特別涉及一種管狀 光催化反應器。
背景技術：
自1972年Fujishima和Honda發現利用半導體金屬氧化物，02單晶電極可光分解水 以來，半導體的光催化效應在環境治理和能源開發等方面引起人們的廣泛關注和研究。現 有的大量研究表明，利用光催化技術不僅能夠處理多種有機汙染物，而且具有很好的殺菌 及抑制病毒活性的作用，不會形成對人體有害的中間產物。
大量研究表明，納米Ti02的光催化特性具有廣譜性，幾乎對所有的有機汙染物都具有 治理能力，利用光催化劑Ti02處理難降解的有機有害物效果明顯。此外，用，02處理空氣 和水中的有機汙染物，反應條件溫和、能耗低，在紫外光照射或暴露在太陽光下即可發生 反應。尤其是光催化劑Ti02具有催化活性高、氧化能力強、降解速度快、降解無選擇性、 廉價、無毒、穩定及可以重複使用，所需處理設備結構簡單、操作條件容易控制，無二次 汙染等優點，備受人們關注。
近20年來，研究者在光催化的反應機理、催化劑製備和改性以及降解各種有機汙染物 等方面做了大量的研究，但是光催化技術的實際應用能力仍然受到光催化反應器有效設計 的制約和阻礙。 一個合理有效的光催化反應器應具備以下特點①發射的光子能被催化劑 有效吸收；②有足夠的汙染物傳遞到催化劑表面，使催化劑應儘可能多地與汙染物接觸。 為促進汙染物和催化劑接觸反應，早期在光催化處理廢水的研究中，大都將Ti02粉末與廢 水組成懸浮體系，但催化劑回收比較困難，而且這種方法顯然不可能用於空氣淨化。將Ti02 固定在某種載體上能很好地解決這些問題，近年來進行了大量的研究，也取得了較大的進 展，如載體的形式有平板、蜂窩或薄片(02144673.3)等結構，載體使用透光性的光纖(中 國專利01113708.8)、玻璃板或玻璃毛細管(中國專利200610029643.4)、玻璃纖維(中 國專利200610048743.1)或多孔石英玻璃(中國專利200710018322.9)等。上述反應器 均有各自的優點，但仍存在有效催化反應面積少、光源利用效率低及反應器結構、製作復 雜的缺點，，在提高光催化反應器的有效反應面積方面的研究偏少，進展也有限，還未能很 好地解決該問題。
光催化反應器作為光催化反應的主體設備，決定了催化劑活性的發揮和對光能的有效 利用，也將直接影響光催化反應的效率，光催化反應器的設計和研製是多相光催化技術走 向實用化的關鍵步驟。 一個成功的光催化反應器必然體現了催化劑活性和光源利用的最優 化組合，如何提高對光源的利用率及使催化劑活性得到最大發揮已成為光催化反應器研製 和開發的中心，也是光催化研究的重點之一。

發明內容
本發明涉及一種新型光催化反應器設計，能克服現有的光催化反應器設計中存在的有 效催化反應面積少，催化劑活性和光源利用效率低的技術缺陷，提供一種結構簡單、具有 高光催化反應面積的管狀光催化反應器。
本發明採用的技術方案如下
一種管狀光催化反應器，包括管狀殼體(2)、光催化劑、紫外光源(4)、進口 (1)
和出口 (6)，其特徵在於在管狀殼體(2)的管軸線上安裝有石英玻璃管(5)，在管狀 殼體(2)與石英玻璃管(5)之間，繞石英玻璃管(5)設置螺旋葉片(3)，光催化劑負 載在螺旋葉片(3)的表面，紫外光源(4)置於石英玻璃管(5)內。
所述的光催化反應器， 一片或多片螺旋葉片(3)繞石英玻璃管(5)設置在管狀殼體 (2)與石英玻璃管(5)之間，在管狀殼體(2)與石英玻璃管(5)之間的反應器空間內， 形成螺旋狀的反應物(氣體或液體)通道(一條或多條)，增加光催化反應面積和受光面 積，提高催化劑和光源利用效率。所述的螺旋葉片(3)，其與管軸的夾角為30。 75。。葉 片的數量優選3 8片。
所述的光催化劑為納米Ti02光催化劑。納米Ti02光催化劑可以採用已知的方法，如溶 膠一凝膠法、漿料法和噴塗法等方法負載在所述的螺旋葉片(3)上。所述的光催化劑還可 以負載在所述的管狀殼體(2)的內表面上。
紫外光源(4)置於石英玻璃管(5)內，石英玻璃管(5)把紫外光源和流體隔離開， 可方便光源的維修和更換。
所述的進口 (1)或出口 (6)分別位於管狀殼體(2)的兩端，其方向優選管狀殼體(2) 的切線方向。
本發明所述的管狀光催化反應器，光催化劑納米Ti02負載在螺旋狀葉片(3)的表面， 需處理的氣體或液體經進口 (1)沿管狀殼體(2)的切線方向進入反應器，沿螺旋葉片(3) 運動，在紫外光源(4)的輻照作用下，氣體或液體中的有害物質在螺旋葉片(3)表面與
負載的納米Ti02發生作用，比如發生氧化分解，淨化處理後沿切線方向出口 (6)排出。
與現有應用光催化原理的管狀反應器相比，本發明的管狀光催化反應器具有如下優點-
通常的管狀光催化反應器，是在管壁表面負載光催化劑，在整個反應器中，流體只在 管壁表面與催化劑接觸進行反應。本發明的管狀光催化反應器，採用螺旋葉片負載光催化 劑，增加了流體在催化反應器內部運動的路程，有效地提高了多相光催化過程中流體和催 化劑的接觸面積，加大了流體與催化劑的接觸機率，反應過程得到強化，光源利用充分， 最終提高光催化處理的效率。而且本發明的光催化反應器結構簡單，製作方便，可廣泛用 於液體或氣體汙染物的淨化等領域。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細描述。
具體實施方式
中對於本發明的 描述和應用是說明性的，並非將本發明的範圍限制在具體實施例中。這裡所披露的實施例 的變形和改變是可能的，本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的宗旨或本質特 徵的情況下，本發明可以以其他形式、結構、布置或比例來實現。本發明所保護的範圍並 不以具體實施方式
為限，而是由權利要求的範圍加以限定。


圖1管狀光催化反應器結構示意圖 圖2管狀光催化反應器側視圖
具體實施例方式
實施例1
應用納米Ti02的管狀光催化反應器，如圖1和圖2所示，由管狀殼體2、負載納米Ti02 的螺旋葉片3、紫外光源4、石英玻璃管5、進口 1和出口6組成。石英玻璃管5安裝在管 狀殼體2的軸線上，紫外光源4置於石英玻璃管5內。納米Ti02光催化劑負載在螺旋葉片 3的表面，螺旋葉片3繞石英玻璃管5設置在管狀殼體2與石英玻璃管5之間，葉片的數 量為6片，其與管軸的夾角為45。。
需處理的空氣經進口1沿管狀殼體2的切線方向進入反應器，沿螺旋葉片3運動，在 紫外光源4的輻照作用下，空氣中的有害物質在螺旋葉片3表面與負載的納米Ti02發生作 用，氧化分解，淨化處理後的空氣經出口6沿管狀殼體2的切向排出。
實施例2
應用納米Ti02的管狀光催化反應器，如圖1和圖2所示，由管狀殼體2、負載納米Ti02 的螺旋狀葉片3、紫外光源4、石英玻璃管5、進口 1和出口6組成。石英玻璃管5安裝在 管狀殼體2的軸線上，紫外光源4置於石英玻璃管5內。納米Ti02光催化劑負載在螺旋葉 片3的表面，螺旋葉片3繞石英玻璃管5設置在管狀殼體2與石英玻璃管5之間，葉片的 數量為8片，其與管軸的夾角為75。。
需處理的水經進口1沿管狀殼體2的切線方向進入反應器，沿螺旋葉片3運動，在紫 外光源4的輻照作用下，水中的有害物質在螺旋葉片3表面與負載的納米Ti02發生作用， 氧化分解，淨化處理後的水經出口 6沿管狀殼體2的切向排出。
實施例3
應用納米Ti02的管狀光催化反應器，如圖1和圖2所示，由管狀殼體2、負載納米Ti02 的螺旋狀葉片3、紫外光源4、石英玻璃管5、進口1和出口6組成。石英玻璃管5安裝在 管狀殼體2的軸線上，紫外光源4置於石英玻璃管5內。納米Ti02光催化劑負載在螺旋葉 片3的表面，螺旋葉片3繞石英玻璃管5設置在管狀殼體2與石英玻璃管5之間，葉片的 數量為3片，其與管軸的夾角為30。。
需處理的空氣經進口1沿管狀殼體2的切線方向進入反應器，沿螺旋葉片3運動，在 紫外光源4的輻照作用下，空氣中的有害物質在螺旋葉片3表面與負載的納米Ti02發生作 用，氧化分解，淨化處理後的空氣經出口6沿管狀殼體2的切向排出。
權利要求
1、一種管狀光催化反應器，包括管狀殼體(2)、光催化劑、紫外光源(4)、進口(1)和出口(6)，其特徵在於在管狀殼體(2)的管軸線上安裝有石英玻璃管(5)，在管狀殼體(2)與石英玻璃管(5)之間，繞石英玻璃管(5)設置螺旋葉片(3)，光催化劑負載在螺旋葉片(3)的表面，紫外光源(4)置於石英玻璃管(5)內。
2、 根據權利要求1所述的管狀光催化反應器，其特徵在於所述的螺旋葉片(3)與管 軸的夾角為30° 75°。
3、 根據權利要求1所述的管狀光催化反應器，其特徵在於所述的螺旋葉片(3)的數 量為3 8片。
4、 根據權利要求1所述的管狀光催化反應器，其特徵在於所述的光催化劑還負載在所 述的管狀殼體(2)的內表面上。
5、 根據權利要求1至4所述的任一管狀光催化反應器，其特徵在於所述的光催化劑為 納米Ti02。
6、 根據權利要求1至4所述的任一管狀光催化反應器，其特徵在於所述的進口 (1) 或出口 (6)的方向為管狀殼體(2)的切線方向。
全文摘要
一種管狀光催化反應器，包括管狀殼體(2)、光催化劑、紫外光源(4)、進口(1)和出口(6)，在管狀殼體(2)的管軸線上安裝有石英玻璃管(5)，繞石英玻璃管(5)設置螺旋葉片(3)，光催化劑負載在螺旋葉片(3)的表面，紫外光源(4)置於石英玻璃管(5)內。氣體或液體經進口(1)進入反應器，沿螺旋葉片(3)運動，在紫外光源(4)的輻照作用下發生光催化反應，處理後經出口(6)排出。本發明的管狀光催化反應器具有高光催化反應面積，光源利用充分，光催化處理效率高，且反應器結構簡單，製作方便，可廣泛用於液體或氣體汙染物的淨化等領域。
文檔編號B01J19/12GK101385964SQ20081015587
公開日2009年3月18日 申請日期2008年10月17日 優先權日2008年10月17日
發明者儲成林, 劉燕輝, 林萍華, 盛曉波, 董寅生, 超 郭 申請人:東南大學