申请日2010.01.28
公开(公告)日2010.07.14
IPC分类号C02F1/32; C02F1/30
摘要
一种化工技术领域的复合转盘液膜反应器及其处理有机废水的方法，包括：调速器、马达、复合转盘、反应池和光源，调速器与马达相连接进行速度调整，复合转盘的中心固定设置于马达的输出端，复合转盘位于反应池内且与反应池内的待测液体相接触，复合转盘下半部分浸泡于反应池的溶液中，上半部分在空气中，光源水平置于二氧化钛阳极一侧，并与复合转盘的轴心处于同一高度。采用激发光源照射TiO2光阳极，使激发光透过废水液膜照射到TiO2催化剂表面，经静置0.5-2小时后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成有机废水的处理。本发明提高光催化效率和降低能耗的同时，将双转盘的阴阳极复合为一，利用阴极铜覆盖金属基底，阻断金属基底与废水的直接接触。
翻译权利要求书
1.一种复合转盘液膜反应器，包括：调速器、马达、复合转盘、反应池和光源，其特征在于：调速器与马达相连接进行速度调整，复合转盘的中心固定设置于马达的输出端，复合转盘位于反应池内且与反应池内的待测液体相接触，复合转盘下半部分浸泡于反应池的溶液中，上半部分在空气中，光源水平置于二氧化钛阳极一侧，并与复合转盘的轴心处于同一高度。
2.根据权利要求1所述的复合转盘液膜反应器，其特征是，所述的复合转盘朝向马达一侧的盘面及外沿侧面设置为铜阴极，复合转盘背向马达一侧的盘面设置为二氧化钛阳极。
3.根据权利要求1所述的复合转盘液膜反应器，其特征是，所述的光源外侧设有反射铝箔。
4.一种根据根据权利要求1所述的复合转盘液膜反应器处理有机废水方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，用溶胶-凝胶法将二氧化钛光催化剂负载在复合转盘基底的一面作为光阳极;
第二步，将复合转盘固定于一转轴上并竖直置于半圆弧反应池中，复合转盘的转轴处于废水的水面位置，使复合转盘的下半部分浸没在废水中;
启动马达使复合转盘转动且在上半部分表面形成一层废水液膜;
第三步，采用激发光源照射二氧化钛光阳极，使激发光透过废水液膜照射到二氧化钛催化剂表面，经静置0.5-2小时后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成有机废水的处理。
5.根据权利要求4所述的复合转盘液膜反应器处理有机废水方法，其特征是，所述的复合转盘制作工艺为：将光阳极的二氧化钛一侧上封涂石蜡，再将基底的另一面打磨至光亮并清洗干净后置于镀铜液中，并以磷铜作阴极，控制电流密度为0.02-0.03安培/平方分米，空气鼓泡搅拌，镀铜24h后取出，用石油醚溶解石蜡，乙醇洗净，即得复合转盘。
6.根据权利要求5所述的复合转盘液膜反应器处理有机废水方法，其特征是，所述的镀铜液的含量及其组分为：硫酸铜20～25g/L、乙二胺四乙酸二钠盐60～75g/L，该镀铜液的pH为10.5-12.0，其电流密度为0.02-0.03安培/平方分米。
7.根据权利要求4所述的复合转盘液膜反应器处理有机废水方法，其特征是，所述光阳极基底材料为不锈钢或钛。
8.根据权利要求4所述的基于光催化的有机废水处理方法，其特征是，所述控制复合转盘转速是指：通过调速器控制复合转盘转动的转速为30-90rpm。
9.根据权利要求4所述的基于光催化的有机废水处理方法，其特征是，所述激发光源为紫外灯。
说明书
复合转盘液膜反应器及其处理有机废水的方法
技术领域
本发明涉及的是一种化工技术领域的反应器及其处理废水的方法，具体是一种复合转盘液膜反应器及其处理有机废水的方法。
背景技术
近年来，TiO2已被证实是一种高效、稳定、无选择性和材料易得的半导体光催化剂。TiO2光催化技术作为一种高级氧化技术，几乎能够使空气和水中的污染物完全矿化，不产生二次污染，且反应条件温和，已成为一种极富吸引力的有机物污染处理方法。自1972年Fujishima发现TiO2可光催化裂解水以来，TiO2半导体光催化技术在有机物的处理方面逐渐得到了广泛的研究。为解决TiO2难与废水分离的问题，TiO2被固定在各种载体上，由于TiO2固定化会引起其表面积下降从而使其光催化活性下降，研究者把TiO2膜材料作为阳极，通过外加阳极偏压来阻止光生电子和空穴的简单复合，从而提高光催化效率，此即光电催化。TiO2半导体光电催化技术是一种利用紫外光作激发光源，通过外加偏压使光生电子和空穴得以有效分离，并分别与H2O或O2反应生成具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解污染物的一种氧化技术。目前围绕增大TiO2膜电极的表面积，选择合适的电极基底材料和电极改性以及设计高效的反应器已经做了大量的工作，但一直以来，反应器中的光能利用率问题往往被人们忽视。传统的光电反应器基本上都是将光电极完全浸入反应液中，激发光需穿透很厚的液层才能到达光催化剂表面，由于有机溶液自身对激发光的吸收而引起光很大损失。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101254961，公开日2008-9-3，记载了一种“TiO2薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法”，该技术包括了一种动态光阳极的单复合转盘光电液膜反应器：将TiO2薄膜电极制作成转盘，利用转盘的转动在TiO2薄膜电极表面形成了几十微米的液膜，解决了传统反应器中激发光必须透过较厚(往往是数厘米)的溶液才能照射到电极上的问题，同时强化了激发光的利用率和传质效率;并利用小功率低压汞灯作激发光源，降低了能耗并不需循环冷却水装置散热，简化了装置。其不足之处在于：该装置中阴极是静置的，仍然是以阳极偏压转移光生电子，而且电子转移到阴极后，没有加以有效的利用，对废水的处理没有贡献。
进一步检索发现，中国专利文献号CN101353186，公开日2009-1-28，记载了一种“双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的方法”，该技术利用金属与N-半导体TiO2接触形成的肖特基势垒而不是外加偏压将光生电子转移到阴极表面，在阴极表面与饱和溶解氧反应生成H2O2，进而参与有机污染物的氧化而将光生电子加以间接应用，提高了光催化效率，降低了能耗。但是该反应器双转盘结构比较复杂，钛做阳极基底稳定性好但成本高，不锈钢做阳极基底成本较低但其在最佳反应条件即酸性条件下易被腐蚀。所以双转盘反应器结构有望进一步优化，金属基底材料的缺点有待进一步克服。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种复合转盘液膜反应器及其处理有机废水的方法。利用肖特基势垒转移光生电子提高光催化效率和降低能耗的同时，将双转盘二合为一，利用阴极铜覆盖金属基底，阻断金属基底与废水的直接接触，由此进一步简化了反应器结构，克服了不锈钢做基底时其不耐酸的缺点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及复合转盘液膜反应器，包括：调速器、马达、复合转盘、反应池和光源，其中：调速器与马达相连接进行速度调整，复合转盘的中心固定设置于马达的输出端，复合转盘位于反应池内且与反应池内的待测液体相接触，复合转盘下半部分浸泡于反应池的溶液中，上半部分在空气中，光源水平置于二氧化钛阳极一侧，并与复合转盘的轴心处于同一高度。
所述的复合转盘朝向马达一侧的盘面及外沿侧面设置为铜阴极，复合转盘背向马达一侧的盘面设置为二氧化钛阳极;
所述的光源外侧设有反射铝箔，该反射滤波将反射光源背向二氧化钛光阳极的激发光以提高光源利用率。
本发明涉及复合转盘液膜反应器处理有机废水的方法
包括如下步骤：
第一步，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在复合转盘基底的一面作为光阳极;
第二步，将复合转盘固定于一转轴上并竖直置于半圆弧反应池中，复合转盘的转轴处于废水的水面位置，使复合转盘的下半部分浸没在废水中;启动马达使复合转盘转动且在上半部分表面形成一层废水液膜。
第三步，采用激发光源照射TiO2光阳极，使激发光透过废水液膜照射到TiO2催化剂表面，经静置0.5-2小时后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成有机废水的处理。
所述的复合转盘制作工艺采用EDTA(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid，乙二胺四乙酸)法。
所述的EDTA法是指：将光阳极的TiO2一侧上封涂石蜡，再将基底的另一面打磨至光亮并清洗干净后置于镀铜液中，并以磷铜作阴极，控制电流密度为0.02-0.03A/dm2，空气鼓泡搅拌，镀铜24h后取出，用石油醚溶解石蜡，乙醇洗净，即得复合转盘。
所述的镀铜液的含量及其组分为：硫酸铜20～25g/L、乙二胺四乙酸二钠盐60～75g/L，该镀铜液的pH为10.5-12.0，其电流密度为0.02-0.03A/dm2。
所述光阳极基底材料为不锈钢或钛。
所述控制复合转盘转速，是指通过调速器控制复合转盘转动的转速为30-90rpm。
所述激发光源为紫外灯，紫外灯的灯管背面设有铝箔进行反射以提高光源利用率。
本发明独特的阳极转动，阴极静置，以阳极偏压转移光生电子反应器具有以下优点：反应器阴阳极负载在同一金属基体圆盘上同时转动，光生电子通过金属与N型半导体TiO2间的肖特基势垒而不是外加偏压从TiO2膜复合转盘光阳极表面的转移到阴极表面，简化了反应装置，降低了能耗;在阴极表面，光生电子与饱和溶解氧反应生成H2O2，进而参与有机污染物的氧化而将光生电子加以应用，由此实现复合转盘的双极氧化，提高了降解效率;金属基底不直接与废水接触，克服了当不锈钢材料作基底时易被酸液腐蚀的缺点。