申请日2008.09.18
公开(公告)日2009.01.28
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明涉及一种环境催化技术领域的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水方法，将TiO2光催化剂负载在基底上，用作光阳极，和阴极一起固定在转轴上组成双转盘，双转盘下半部分浸没在废水中，双转盘通过与转轴相连的碳刷用导线相连接。开动马达并控制双转盘的转速，使双转盘的表面形成一层液膜。以紫外灯为激发光源，将TiO2膜转盘光阳极表面的光生电子转移到转盘阴极表面，光生电子与阴极转盘表面的饱和溶解氧反应生成H2O2，对有机物的间接氧化和TiO2膜光阳极转盘表面的光生空穴对有机物直接氧化，提高了降解效率;转盘的转动加快了电极表面和主体溶液物质的交换更新，强化了传质，使之更高效。
权利要求书
1、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，其特征在于 包括如下步骤：
第一步，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在基底上作光阳极，光阳极 和阴极圆盘一起固定在转轴上组成双转盘，转盘的转轴与马达相连接;
第二步，将转盘放置在半圆弧反应池中，转盘的转轴处于废水的水面位置， 使转盘的下半部分浸没在废水中，光阳极和阴极转盘通过碳刷用导线相连接;
第三步，开动马达，控制转盘转速使转盘表面形成一层液膜;
第四步，采用激发光源照射TiO2光阳极，使激发光透过液膜照射到TiO2催 化剂表面;
第五步，用铝箔反射光源背向TiO2光阳极一侧的激发光;
第六步，一段时间后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成有机废水 的处理。
2、根据权利要求1所述的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的 方法，其特征是，所述光阳极基底材料为不锈钢或钛。
3、根据权利要求1所述的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的 方法，其特征是，所述阴极材料为Cu、Zn、Fe或C中一种。
4、根据权利要求1所述的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的 方法，其特征是，所述控制转盘转速，是指通过调速器控制转盘转动的转速为 30-90rpm。
5、根据权利要求1所述的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的 方法，其特征是，所述激发光源为紫外灯，紫外灯的灯管背面采用铝箔进行反射。
6、根据权利要求1所述的双转盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的 方法，其特征是，所述一段时间后取样分析，是指0.5-2小时后取样分析。
说明书
双转盘光电池液膜反应器光催化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处理有机废水的方法，尤其涉及一种双转 盘光电池液膜反应器光催化处理有机废水的方法。
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。
经对现有技术的文献检索发现，Wenbing Zhang等在《Applied Catalysis A》 (应用催化A)2003年255期221-229页发表的Photoelectrocatalytic degradation of reactive brilliant orange K-R in a new continuous flow photoelectrocatalytic reactor(新连续流光电催化反应器光电催化降解活性 艳橙K-R)文章中，采用三维电极-TiO2颗粒增加电极面积，强化降解效率;采用 阳极偏压转移光生电子至阴极，提高光生电子和空穴的分离效率;利用循环冷却 水散热;通过鼓气加强传质。其不足之处在于：一是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，激发光利用率很低;二是利用偏压转移光 生电子，增加了能耗;三是通过鼓气加强传质，效果不佳;四是激发光源的功率 较大，增加了循环冷却水装置疏散热量，不但增加了运行能耗，而且反应器装置 较为复杂。
虽然在中国专利(TiO2薄膜电极光电转盘处理难降解有机废水的方法，申请 号200810035837.4)中，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，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。但在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。所以其能耗有望 进一步降低，处理效率有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出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，在减少激发光在有机溶液中传输时的损失和利用转 盘的转动加强传质的同时，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，由此实现双转盘 光电池的双极氧化。同时提高了激发光的利用率、传质效率和光催化效率，而且 不需外加偏压，降低了能耗和简化了装置。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明用溶胶-凝胶法将TiO2光催化 剂负载在基底上并制备成转盘电极作为光阳极，同时将Cu等材料制备成转盘作 阴极，与TiO2膜转盘电极一起固定在同一转轴上，放置在半圆弧反应池中，使 转盘的下半部分浸没在废水中，通过碳刷用导线将双转盘连接成回路，组成双转 盘光电池，开动马达通过调速器控制转盘的转速，使转盘表面形成一层液膜。以 紫外灯为激发光源，利用肖特基势垒将TiO2膜转盘电极表面的光生电子转移到 阴极转盘表面，与其表面溶液中的饱和溶解氧反应生成H2O2，H2O2可进一步参与 有机污染物的氧化，由此实现了双转盘光电池的双极氧化-阴极转盘表面生成的 H2O2对有机物的间接氧化和TiO2膜光阳极转盘表面的光生空穴对有机物的直接氧 化。不但提高了激发光源的利用率、光生电子和空穴的分离效率和降解效率，而 且还降低了运行能耗。
本发明包括如下步骤：
第一步，用溶胶-凝胶法将TiO2光催化剂负载在基底上作光阳极，光阳极 和阴极圆盘一起固定在转轴上组成双转盘，转盘的转轴与马达相连接。
第二步，将转盘放置在半圆弧反应池中，转盘的转轴处于废水的水面位置， 使转盘的下半部分浸没在废水中，光阳极和阴极转盘通过碳刷用导线相连接。
第三步，开动马达，控制转盘转速使转盘表面形成一层液膜。
第四步，采用激发光源照射TiO2光阳极，使激发光透过液膜照射到TiO2催 化剂表面。
第五步，用铝箔反射光源背向TiO2光阳极一侧的激发光，使光源利用率增 强。
第六步，一段时间后取样分析，测定废水中有机物的去除率，完成有机废水 的处理。
所述光阳极基底材料为不锈钢或钛。
所述阴极材料为Cu、Zn、Fe和C中一种。
所述控制转盘转速，是指通过调速器控制转盘转动的转速为30-90rpm。
所述激发光源为紫外灯，紫外灯的灯管背面采用铝箔进行反射以提高光源利 用率。
所述一段时间后取样分析，是指0.5-2小时后取样分析。
本发明独特的双转盘结构及转动形式与传统的光电催化法(TiO2光阳极全部 浸没于溶液中，激发光需透过数厘米的废水和一层反应器壁才能到达光阳极催化 剂表面)相比，一是大大降低了激发光在有机废水中传输时被溶液吸收而造成的 光损失，提高了激发光的利用率;二是利用金属与N-型半导体TiO2接触形成的 肖特基势垒而不是外加偏压将TiO2膜转盘光阳极表面的光生电子转移到转盘阴 极表面，降低了能耗;三是在阴极转盘表面，光生电子与阴极转盘表面的饱和溶 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 现双转盘的双极氧化，提高了降解效率;四是转盘的转动加快了电极表面和主体 溶液物质的交换更新，强化了传质，使之更高效。