申请日2005.10.24
公开(公告)日2006.06.14
IPC分类号C02F1/72; B01J21/06; C02F1/30
摘要
本发明公开了一种用于废水处理的负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反应器，包括反应桶和光源，在反应桶上设有待处理液进口和排废口，在反应桶内设有二氧化钛光催化处理器，光源通过传光光纤及光纤耦合器与二氧化钛光催化处理器连接，二氧化钛光催化处理器包括表面负载纳米二氧化钛颗粒的弥散型光纤，该弥散型光纤由光纤芯和光纤包层组成，光纤包层包覆于光纤芯上;本发明具有光纤不容易被腐蚀，二氧化钛膜负载得更加牢固，光利用率大大的提高，二氧化钛的活化比表面积大大的增加，增强了反应器的处理能力，提高量子效率和反应速率，有利于提高本发明降解污染物的能力，光催化降解过程更环保、节能、安全等优点。
权利要求书
1、一种用于废水处理的负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反应 器，包括反应桶(2)和光源，在反应桶(2)上设有待处理液进口(24)和排废 口(23)，在反应桶(2)内设有二氧化钛光催化处理器(4)，光源通过传光光纤 (3)及光纤耦合器(7)与二氧化钛光催化处理器(4)连接，其特征在于二氧 化钛光催化处理器(4)包括表面负载纳米二氧化钛颗粒的弥散型光纤(41)，该 弥散型光纤(41)由光纤芯(411)和光纤包层(412)组成，光纤包层(412) 包覆于光纤芯(411)上。
2、根据权利要求1所述的负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反 应器，其特征在于在二氧化钛光催化处理器(4)的两端均连接有光纤耦合器(7)， 两端的光纤耦合器(7)分别通过光纤与光源连接。
3、根据权利要求1所述的负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反 应器，其特征在于在反应桶(2)上设有取样口(21)。
4、根据权利要求1所述的光纤弥散型二氧化钛光催化废水处理由反应器， 其特征在于在反应桶(2)内设有光纤架(5)，二氧化钛光催化处理器(4)通过 光纤架(5)固定。
5、根据权利要求4所述的光纤弥散型二氧化钛光催化废水处理由反应器， 其特征在于光纤架(5)包括架体(51)，在架体(51)上设有光纤固定孔(52)。
6、根据权利要求5所述的光纤弥散型二氧化钛光催化废水处理由反应器， 其特征在于在架体(51)上还设有废水流动孔(53)。
7、根据权利要求4所述的光纤弥散型二氧化钛光催化废水处理由反应器， 其特征在于光纤架(5)由齿形条(54)按同方向叠加排列形成，弥散型光纤中 的单根光纤固定于叠加后的齿形条(54)所形成的孔洞中。
8、根据权利要求7所述的光纤弥散型二氧化钛光催化废水处理由反应器， 其特征在于在齿形条(54)之间设有隔栅(55)。
说明书
负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反应器
技术领域
本发明涉及一种用于处理废水的装置，尤其是一种负载纳米二氧化钛的弥散 光纤光催化废水处理反应器。
背景技术
多相光催化氧化法是一种高级化学氧化技术，近年来日益引起国内外的重 视。它采用半导体材料(一般为锐钛矿型的TiO2)作为催化剂，当能量相当于 半导体禁带宽度的光照射到催化剂表面时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁 至导带，形成具有很强活性的电子—空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反应 的进行，从而达到去除污染物的目的。TiO2颗粒悬浮体系需要回收TiO2，费用 高、分离过程复杂，不可能应用于大规模的废水处理。从工业应用的角度出发， 光反应器更倾向于使用成本更低的固定相催化剂。然而，在传统的固定床反应器 构型中，光催化剂被负载在反应器内壁上、支持的基底上或者被固定在包含有电 源的回转壳上。这些构型存在一些缺陷，例如：由于反应介质对光的吸收和散射， 导致光利用率低;由于传质的限制，处理能力有限等等。
为了解决上述问题，Ollis和Marinangeli首先提出用光纤作为光的传播介质及 光催化剂的载体。Gapen和Anderson将一种光学纤维束反应器用于3-氯水杨酸 的光催化降解。Hofstadler等人将负载TiO2的石英纤维固定在管状反应器内，并 将其用于4-氯苯酚的光催化降解。将光纤传导光与光纤负载催化剂两者相结合， 可以有效地提高光的传输效率和光催化效率。光纤型反应器具有以下优点：可连 续操作;直接将光传导至催化剂，减少了反应器和反应液对光的吸收和散射;通 过光导纤维传导光，提高了光化学转换的量子产率;可进行远程传递、处理环境 中的有毒物质;单位体积反应液内被光照的催化剂面积大;负载纤维使反应器内 的光催化剂分散更好，减少了传质的限制。然而，在以往的光纤型反应器研究中 均使用除去聚合物包层的裸露石英纤维，石英纤维很脆，在涂膜和反应器制作过 程中易发生断裂，在实际操作中不易做的过长，在以往的所有的光纤型反应器研 究中光纤的长度不超过50cm。Peill和Hoffmann的研究表明，折射进TiO2相的 光只有部分被TiO2吸收，其余穿过TiO2层被周围的介质所吸收，绝大部分的 传输光在靠近光输入端的侧面被折射出纤维，从而大大缩短了光在光纤中的轴向 传输距离，因而减小了反应器的光催化有效表面积，降低了反应器的处理能力， 限制了该反应器在实际废水中的应用。
发明内容
本发明提供一种能够提高废水处理效能并能降低处理成本的结构紧凑的负 载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反应器。
本发明采用如下技术方案：
一种用于废水处理的负载纳米二氧化钛的弥散光纤光催化废水处理反应器， 包括反应桶和光源，在反应桶上设有待处理液进口和排废口，在反应桶内设有二 氧化钛光催化处理器，光源通过传光光纤及光纤耦合器与二氧化钛光催化处理器 连接，二氧化钛光催化处理器包括表面负载纳米二氧化钛颗粒的弥散型光纤，该 弥散型光纤由光纤芯和光纤包层组成，光纤包层包覆于光纤芯上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.在本发明中，在线性光纤的外表面首先负载一层二氧化硅膜，然后再将 光催化剂二氧化钛负载在二氧化硅薄膜的表面，由于二氧化硅膜的存在，使得光 纤不容易被腐蚀，同时也使二氧化钛膜负载得更加牢固。
2.本发明中光催化剂直接负载在光纤的表面，避免了传统的固定式光催化 反应器中存在的反应介质对光的吸收和散射，光利用率大大的提高了;同时二氧 化钛的活化比表面积大大的增加了，因而大大的增强了反应器的处理能力。
3.本发明中光源使用双光源，即在光纤的两端设置功率相同的光源，提供 了更强、更均匀的侧面发光强度。
4.液芯传光器件能够提高传光效率，线性光纤则能够长距离侧面发光，而 本发明能够通过光纤耦合器将其组合，从而，提高了量子效率和反应速率，更有 利于提高本发明降解污染物的能力。
5.本发明使用集束光纤并将其均匀、紧凑地分布于反应器中，提高了反应 器中单位体积的光催化面积，提高了传质效果和反应速率，进一步提高了本发明 的降解能力。
6.本发明的传光器件既可以连接人工光源也可以连接自然光源，使光催化 降解过程更环保、节能、安全。
7.本发明中的光纤架采用齿形条和隔栅组合来固定光纤，使得装光纤的时 候更加机动、方便。同时也可以减少在装光纤过程中引起的折断情况。