申请日2009.06.26
公开(公告)日2009.11.25
IPC分类号B01J35/02; C02F101/30; B01J23/755; B01J21/06; C02F1/30; C02F1/32; C02F1/72; B01J37/00
摘要
本发明涉及光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂生产方法及污水处理装置，生产方法为：用镀镍的铁丝网作为载体，涂上催化剂并固化，催化剂混合液包括纳米TiO2、丙酮、环氧树脂、固化剂及适量增塑剂，固化后再泡入丙酮溶液中;处理设备的箱体内设有多个相对独立并依次首尾相连的折流室，两端分别设有进水口和出水口，折流室内间隔叠放有若干固化有催化剂的立体网状体，立体网状体中间开有通孔，紫外光源插置于通孔中，曝气管设于折流室底部。这种设备可以很大程序地分解废水中的有机物。
权利要求书
1.一种光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂生产方法，其特 征在于：包括如下步骤，
(1)、用镀镍的铁丝网作为网状载体，根据设备安装要求剪裁成需要的大小;
(2)、催化剂混合液按重量比调配：
取1份纳米TiO2和3-4份丙酮搅拌均匀，
再加入1-6份环氧树脂、1-6份固化剂及适量增塑剂充分混合均匀成胶状物;
(3)、将步骤(2)所得的催化剂胶状物涂在网状载体上固化;
(4)、将固化的网状载体浸泡在丙酮溶液中3-60分钟。
2.根据权利要求1所述的网状催化剂生产方法，其特征在于：所述镀 镍的铁丝网是不锈钢网，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐蚀，取出用清水冲洗至没有残留酸止 ，常温凉干，保留网上锈斑。
3.根据权利要求1所述的网状催化剂生产方法，其特征在于：所述镀 镍的铁丝网是普通铁丝网，用电镀或化学镀的方法镀镍，镀镍量少于网基体表面积的5%，剪 裁后，用稀酸浸泡，待其腐蚀，取出用清水冲洗至没有残留酸止，常温凉干，保留网上锈斑 。
4.根据权利要求1所述的网状催化剂生产方法，其特征在于：所述催 化剂胶状物涂覆在网状载体上在常温下自然固化或置于1000C-1500C烘箱中固化。
5.根据权利要求1所述的网状催化剂生产方法，其特征在于：所述网 状载体的网目在1/4-8目间。
6.一种应用网状催化剂的有机污染物废水处理装置，包括箱体，其 特征在于：箱体内设有多个相对独立并依次首尾相连的折流室，两端分别设有进水口和出水 口，折流室内间隔叠放固化有催化剂的立体网状体，立体网状体中间开有通孔，紫外光源插 置于通孔中，曝气管设于折流室底部。
7.根据权利要求6所述的有机污染物废水处理装置，其特征在于：所 述立体网状体是用若干层网状载体叠加而成，各层网状载体间距是网格宽度1-3倍叠加而成 。
8.根据权利要求7所述的有机污染物废水处理装置，其特征在于：所 述网状载体周边向底面相对弯折，中间切工字形切口，并向底面翻折。
9.根据权利要求7所述的有机污染物废水处理装置，其特征在于：所 述：网状载体中间直接冲孔或剪孔后，固定于折流室内的支架上，支架层间距以网状载体的 网格宽度1-3倍的距离叠加成立体网状载体。
说明书
光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂生产方法及有机污染物废水处理装置
技术领域
本发明涉及一种光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂的生产方法及应用该网状催 化剂的有机污染物废水处理装置。
背景技术
近年来我国洗涤剂工业发展迅速，其产量逐年增加。2005年我国合成洗涤剂产量为510 万吨，2006年为550万吨，2007年已达600万吨，2008年预计为650万吨。目前我国应用比较 多的表面活性剂有：阴离子表面活性剂(以直链烷基苯磺酸钠LAS为主)占总量的70%;非离子 表面活性剂占总量的20%;其他占10%。合成洗涤剂用途广泛，几乎涉及到家庭生活、工农业 生产的各个方面。
光催化氧化技术是上世纪70年代近三十年来发展起来的新技术、新方法。光催化是通过 紫外光照射到半导体催化剂时，处于价带的电子(e)就会被激发到导带上，价带生成空穴 (h+)，从而分别在价带和导带上产生高活性的光生电子-光生空穴对，将多种有机污染物彻 底矿化去除。光催化氧化技术为各种有机污染物和还原性无机污染物，特别是难生物降解的 有毒有害物质的去除，提供了极具前途的环境污染深度净化技术。同时由于其处理成本低、 分解彻底、无二次污染等优势，引起了当代科技领域的关注。
但是光催化氧化技术在实际应用中存在着诸多的不足及制约因素：
第一，量子效益低，单纯的TiO2光催化剂的光生电子-空隙对的再复合率高，光催化 性能不突出。较低的光量子效率限制了光催化氧化的工业化应用。
第二，TiO2选择吸附性差，光催化反应过程的产物CO2极易吸附在催化剂表面极大的降 低了光催化反应的速率和选择性。
第三，有机污染物降解中间产物复杂，实际废水种类繁多，各类水质相差悬殊，污染物 降解难易程度不一，机制各异，组分之间存在竞争反应，在一定程度上制约了光催化技术的 产业化应用。
第四，光催化剂及紫外光源的有效分布与融合问题。
以上几点是实现光催化氧化技术工业化应用所必须解决的技术及工艺问题。所以研究及 开发高效率的有行业针对性的合成新型载体及催化剂或对其进行修饰，优化催化剂分布体系 ，以提高光和催化剂的有效利用率，显著提高光催化氧化降解的效率;开发光催化氧化技术 与其他技术的耦合，从工艺上克服不利因素的制约等新工艺新技术是光催化技术的主流发展 方向。也是目前国内外进行产业化应用研究及开发的主要课题与需要解决的关键问题所在。
在国内外光催化技术专利中，用于光催化降解的纳米二氧化钛大都采用悬浮状或将其附 载在于空心玻璃球、泡沫塑料、树脂、木削、螺旋弹簧结构载体、多孔陶瓷、纤微丝上制成 漂浮型或固定床式光催化体系，其两种方式都存在着催化剂与紫外光不能充分有效的接触与 融合，不能使整个催化体系中流体催化剂均匀有效的接触，不利于系统均匀有效的充分反应 。无论是悬浮态还是填充式固定床催化剂，由于流体通过或气流搅动都会造成催化剂因碰撞 而损坏，使催化剂流失。因而无法满足光催化氧化技术的工业化产业应用。
发明内容
本发明所解决的问题在于克服现有的阴离子表面活性剂等有机污染物处理方法存在的不 足，而提供一种使用时间更长，效果更好的网状催化剂的生产方法及应用该网状催化剂的有 机污染物废水处理装置。
为了达到以上目的，本发明提供的这种光催化降解废水中有机污染物的网状催化剂生产 方法，其特征在于：包括如下步骤，
(1)、用镀镍的铁丝网作为网状载体，根据设备安装要求剪裁成需要的大小;
(2)、催化剂混合液按重量比调配：
取1份纳米TiO2和3-4份丙酮搅拌均匀，
再加入1-6份环氧树脂、1-6份固化剂及适量增塑剂充分混合均匀成胶状物;
(3)、将步骤(2)所得的催化剂胶状物涂在网状载体上固化;
(4)、将固化的网状载体浸泡在丙酮溶液中3-60分钟。
镀镍的铁丝网可以是不锈钢网、含铁、镍等金属合金网，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐 蚀，取出用清水冲洗至没有残留酸止，常温凉干，保留网上锈斑。
镀镍的铁丝网也可以是普通铁丝网，再用电镀或化学镀的方法镀镍，镀镍量少于网基体 表面积的5%，剪裁后，用稀酸浸泡，待其腐蚀，取出用清水冲洗至没有残留酸止，常温凉干 ，保留网上锈斑。
催化剂胶状物涂覆网状载体上在常温下自然固化或置于100℃-150℃烘箱中固化。
以上网状载体网目在1/4-8目间可以达到更好的效果。
本发明的另一个目的是应用以上所述的网状催化剂的有机污染物废水处理装置。
这种应用网状催化剂的有机污染物废水处理装置，包括箱体，其特征在于：箱体内设有 多个相对独立并依次首尾相连的折流室，两端分别设有进水口和出水口，折流室内间隔叠放 有若干固化有催化剂的立体网状体，立体网状体中间开有通孔，紫外光源插置于通孔中，曝 气管设于折流室底部。
立体网状体是用若干层网状载体叠加而成，各层网状载体间距是网格宽度的1-3倍。
可将网状载体周边向底面相对弯折，中间切工字形切口，并向底面翻折，中间形成用于 插紫外光源的通孔;或者将网状载体中间直接冲孔或剪孔后，固定于折流室内的支架上，支 架层间距以网状载体网格宽度1-3倍的间距叠加成立体网状体。
本发明与现有技术比较具有的优势及先进性：
1、提出的用过渡金属元素对纳米二氧化钛催化剂修饰技术，使催化剂表面产生缺陷或 改变其结晶度成为光生电子-空隙对的浅势捕获阱，使得二氧化钛纳米晶电极呈现出p-n型光 响应共存现象，延长电子与空隙的复合时间，降低复合率，使光催化氧化活性及效益得以提 高，解决了催化剂催化活性的增强问题。
2、提出的将二氧化钛催化剂载附于规则的立体网状体上形成催化剂体系。利用高强度 的有机粘结剂将经修饰后的催化剂涂覆于制作成规则的立体网状体之上，实现了催化剂均匀 分布，使催化剂能均匀并充分地分布于处理工艺设备中，使紫外光与其充分的融合。形成均 匀的催化剂与紫外光的融合体。使反应均匀稳定，效率得以提高。同时克服了催化剂其附载 在于空心玻璃球、泡沫塑料、树脂和木削上制成漂浮型光催化体系中催化剂因碰撞造成损坏 而流失问题。与填充床催化剂体系相比，无论是光的有效利用还是单位体积中催化剂的比表 面积方面都具有成倍的增长。
3、提出的让流体折流式，流经光催化氧化反应器，解决了处理过程中流体的返混问题 。同时由于反应器中紫外光与其充分的融合，形成均匀的催化剂与紫外光的融合体，使需处 理的废水始终处于一个均匀的反应体系之中。使连续式工业化产业应用的工艺性问题得以解 决。
4、提出的以光催化氧化与接触氧化耦合工艺中，外加氧化剂(常用的氧化剂加O2、投 加Fe3+、H2O2)方法。这些氧化剂本身是一种良好的电子接受体，能减少电子与空隙对的复 合，使催化活性得以提高。在实现工业化应用中，常以廉价的空气做外加催化剂，空气中的 氧在催化反应体系中的作用，一来增加水中溶解氧的浓度(在光催化降解反应中催化剂导带 的电子还原污水中的O2分子是反应速度的决定性步骤，O2分子接受电子后形成的超氧自由基 或羟基自由基具有很强的氧化能力，能将有机物彻底降解)。二来解决了流体间的传质问题 ，使反应物之间能充分接触和反应。同时对缓解和消除光催化反应过程的产物CO2吸附在催 化剂表面造成的光催化反应的速率和选择性降低的问题。