申请日2010.10.15
公开(公告)日2011.04.13
IPC分类号C02F1/32
摘要
本发明提供了一种光催化降解污水装置及污水降解方法。本发明装置包括污水处理单元，每个污水处理单元分别设有进水口和出水口，在进水口和出水口之间设置有塔板，所述塔板上填充负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球，污水处理单元内设有紫外光源。所述污水处理单元可以是多个串联和/或并联，处理单元内壁涂覆有光反射涂层。本发明光催化降解污水装置，采用改性纳米二氧化钛薄膜，其光催化能力强，载体材料为多孔陶瓷球，表面积较大，使得光触媒与污水的接触面积增大，提高光催化降解有机污水的能力;塔板清洗和更换简单;在容器内壁设计了反光涂层，提高光线利用率;根据不同污水处理量可以灵活将污水处理单元进行串联或并联，从而提高污水处理效率。
翻译权利要求书
1.一种光催化降解污水装置，其特征在于包括污水处理单元，每个污水处理单元分别设有进水口和出水口，在进水口和出水口之间设置有塔板，所述塔板上填充负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球，污水处理单元内设有紫外光源。
2.根据权利要求1所述光催化降解污水装置，其特征在于所述污水处理单元为多个串联和/或并联的污水处理单元。
3.根据权利要求1所述光催化降解污水装置，其特征在于还包括过滤器，所述过滤器设置于进水口前后位置。
4.根据权利要求1所述光催化降解污水装置，其特征在于所述塔板为数个，并活动连接于所述污水处理单元内。
5.根据权利要求1或4所述光催化降解污水装置，其特征在于所述塔板材质为工程塑料、不锈钢、聚四氟乙烯或钢化玻璃。
6.根据权利要求1所述光催化降解污水装置，其特征在于所述紫外光源为功率15～100W的紫外灯，安装在塔板内。
7.根据权利要求1所述光催化降解污水装置，其特征在于所述负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球的直径为5～20cm;所述改性纳米二氧化钛薄膜厚度为50～200nm。
8.根据权利要求1或7所述光催化降解污水装置，其特征在于所述改性纳米二氧化钛薄膜的改性元素为La、Ce、Ag、N或S元素的一种或多种;以纳米二氧化钛重量计，单一元素掺入量为0.1～1.0wt%;优选金属元素与非金属元素共掺杂，金属与非金属的掺入量分别为0.1～1.0wt%。
9.根据权利要求1或7所述光催化降解污水装置，其特征在于所述处理单元内壁涂覆有反光涂层，所述反光涂层为铝镀层、银镀层或反光贴膜。
10.一种污水降解方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)安装本发明所述光催化降解污水装置，待处理的污水从装置进水口经过过滤器进入污水处理单元内;
(2)污水流经填充了负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球，在紫外光线的照射下，改性纳米二氧化钛薄膜发挥光催化作用，降解和分解污水中的各种有机物质;
(3)经过处理的水从出水口流出，进入下一个污水处理单元或进行排放。
(4)装置可设计为串联多个或者并联多个单元，也可以采用并联和串联同时进行方式处理废水。
说明书
一种光催化降解污水装置及污水降解方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种光催化降解污水装置及污水降解方法。
背景技术
纳米二氧化钛光催化剂材料在光源激发下能够产生高活性的强还原性电子和带正电荷强氧化性的空穴，从而使溶液中的有机物发生一系列的氧化-还原反应而降解，可分解大多数的有害化合物。将纳米二氧化钛作为光催化剂应用于废水的处理，与其他污水处理技术相比，它具有很多优点：安全、稳定、废水处理效率高、无二次污染等。
但由于纳米二氧化钛光催化剂可见光的响应值低，将其作为光催化剂应用于废水的处理，处理的效率比较低。为了提高纳米二氧化钛光催化剂可见光的响应值低，采用紫外光源的作用使其发挥作用。同时对纳米二氧化钛进行适当的掺杂改性，比如采用La、Ce、Dy、Ag、N或S等其中一种元素的掺杂，可大大提高纳米二氧化钛的光催化活性，相较未改性的纳米二氧化钛更适合工业应用。
但是将改性后的纳米二氧化钛粉末应用于废水处理，仍然存在粉末不易回收、二次利用率低、成本高、以及造成二次污染等问题。有必要寻找适当的方法，解决纳米二氧化钛粉末更为合理的改性技术方案以及改性后的合理使用问题，同时解决有效利用紫外光源提高其光催化能力的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有纳米二氧化钛作为光催化剂应用于废水的处理技术方面的不足，提供一种光催化降解污水装置，一种可利用纳米二氧化钛薄膜材料以及有效利用紫外光源进行污水中有机物降解的装置。
本发明的另一个目的是提供一种污水降解方法，应用所述装置进行污水处理。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供一种光催化降解污水装置，包括一个污水处理单元，每个污水处理单元分别设有进水口和出水口，在进水口和出水口之间设置有塔板，所述塔板上填充负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球，污水处理单元内设有紫外光源。
优选地，本发明所述光催化降解污水装置，可根据不同污水处理量的要求包括多个串联和/或并联的污水处理单元，可以灵活将污水处理单元进行串联或并联，使装置根据不同污水处理量进行适当调整，从而提高污水处理效率。
在进水口之前或之后设置有过滤器，污水经过过滤器过滤后再进入容器。
所述污水处理单元基本结构为工程塑料、不锈钢、聚四氟乙烯或钢化玻璃材质的容器结构。
本发明针对未经改性的纳米二氧化钛光催化剂可见光的响应值低的问题，在塔板内设置紫外光源，有效提高其催化效率。所述紫外光源优选功率15～100W的紫外灯，安装在塔板上;每块塔板中安装2～10盏所述紫外灯，优选螺旋紫外光源。
将改性纳米二氧化钛薄膜负载于多孔陶瓷球，有效解决改性后的纳米二氧化钛粉末应用于废水处理方面存在的粉末不易回收、二次利用率低、成本高、以及造成二次污染等问题。所述负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球的直径优选为2～20cm。
多孔陶瓷球上负载的改性纳米二氧化钛薄膜的组成为La、Ce、Dy、Ag、N或S等元素，以纳米二氧化钛重量计，若是单一元素，掺入量为0.1～1.0wt%，优选0.1～0.5wt%。金属元素与非金属元素共掺杂时，金属与非金属的掺入量各分别为0.1～1.0wt%。薄膜厚度优选为50～200nm。由于比表面积显著增大，使得光触媒与污水的接触面积增大，从而提高光催化降解有机污水的能力。
所述未经改性纳米二氧化钛薄膜的制备方法是：
在500ml三口瓶中加入30～60g钛酸丁酯、200～300g无水乙醇，在40℃水浴中磁力搅拌，同时氮气保护;搅拌10～15min后，加入3～5g乙酰丙酮和3～6g浓硝酸;往三口瓶中缓慢滴加12～20g水;继续搅拌4h后静置24～36h进行陈化，得到TiO2溶胶;将前述陶瓷球清洗干净并干燥后浸没于制得的TiO2溶胶中，烘干后将已镀膜的陶瓷球样品置于450～800℃马弗炉中热处理2～4h，随炉降温，得到陶瓷球负载纳米二氧化钛薄膜材料。
所述改性纳米二氧化钛薄膜的制备方法是：
在500ml三口瓶中加入30～60g钛酸丁酯、200～300g无水乙醇，在40℃水浴中磁力搅拌，同时氮气保护;搅拌10～15min后，加入3～5g乙酰丙酮和3～6g浓硝酸;将1.5～2.0g尿素溶于15g水中加入上述三口瓶，再往三口瓶中缓慢滴加12～20g水;继续搅拌4h后静置24～36h进行陈化，得到TiO2溶胶;将前述陶瓷球清洗干净并干燥后浸没于制得的TiO2溶胶中，烘干后将已镀膜的陶瓷球样品置于450～800℃马弗炉中热处理2～4h，随炉降温，得到陶瓷球负载N改性纳米二氧化钛薄膜材料。
或者：
在500ml三口瓶中加入30～60g钛酸丁酯、200～270g无水乙醇，在40℃水浴中磁力搅拌，同时氮气保护;搅拌10～15min后，加入3～5g乙酰丙酮和3～5g浓硝酸;将0.5～1.0g硝酸银和1.5～2.0g尿素溶于15g水中，溶解完全后加入三口瓶中;继续搅拌4h后静置24～36h进行陈化，得到Ag/N改性的TiO2溶胶;将清洗干净并干燥过的多孔陶瓷球浸没于制得的溶胶中，取出，烘干;将烘干的(已镀膜的)陶瓷球样品置于450～800℃马弗炉中烧结4h，随炉降温，得到陶瓷球负载Ag/N改性纳米二氧化钛薄膜材料。
所述塔板作为载体固定负载纳米二氧化钛的陶瓷球，塔板材质可选工程塑料、不锈钢、聚四氟乙烯或钢化玻璃。优选地，所述塔板为数个，并活动连接于所述污水处理单元内;可采用塔板螺母将塔板两端连接于容器壁。塔板通过螺母固定，可以单独拆下，便于清洗和更换。
更为优选的技术方案是在所述处理单元内壁涂覆有反光涂层，所述反光涂层为铝镀层、银镀层或反光贴膜。在容器内壁设计反光涂层，提高光线利用率。
本发明同时提供了一种污水降解方法，包括以下步骤：
(1)安装本发明所述光催化降解污水装置，待处理的污水通过水泵将污水抽入装置中，污水经过过滤器进入污水处理单元内;
(2)污水从下往上流经填充了负载改性纳米二氧化钛薄膜的多孔陶瓷球，在紫外光线的照射下，改性纳米二氧化钛薄膜发挥光催化作用，降解和分解污水中的各种有机物质;保持水流一定速度让水能循环流动，进行多次光催化降解;
(3)经过处理的水从出水口流出，进入下一个污水处理单元或进行排放。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种以多孔陶瓷球为载体，负载改性纳米二氧化钛薄膜材料，采用适宜的多种元素掺杂或单一元素掺杂技术方案，有效提高了废水有机物降解效率。
本发明采用多层塔板污水处理装置，塔板上装载负载有纳米二氧化钛颗粒的陶瓷球，可进行多次废水循环处理，大大提高污水处理效果。