申请日2005.12.27
公开(公告)日2009.04.08
IPC分类号C02F1/30; B01J21/06; C02F1/32
摘要
本发明涉及一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置及其制造方法，该装置包括钛管、钛网管、圆锥形钛网管、光源;所述的钛管设有进水口和出水口，该钛管内壁设有复合光催化薄膜层;所述的钛网管设在钛管内，该钛网管表面设有复合光催化薄膜层;所述的圆锥形钛网管并多个顺序均匀设在钛网管内，该圆锥形钛网管表面设有复合光催化薄膜层;所述的光源包括玻璃护套管、灯管;该制造方法包括制胶、涂膜、组装等工艺步骤。与现有技术相比，本发明实现了光源和纳米材料的零距离接触，有效地解决了水流量与光催化效应的矛盾，大大提高了光催化对废水的净化作用，降低了处理废水的成本。
权利要求书
1.一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置，其特征在于，该装置包括钛 管、钛网管、圆锥形钛网管、光源;
所述的钛管设有进水口和出水口，该钛管内壁设有复合光催化薄膜层;
所述的钛网管设在钛管内，该钛网管表面设有复合光催化薄膜层;
所述的圆锥形钛网管呈圆锥形并多个顺序均匀设在钛网管内，该圆锥形钛 网管表面设有复合光催化薄膜层，圆锥形钛网管的小口端套设于玻璃护套管的 外围，其大口端与钛网管内壁紧密连接;
所述的光源包括玻璃护套管、灯管，该玻璃护套管设在钛管内的轴向中心 位置，该灯管设在玻璃护套管内。
2.根据权利要求1所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置，其特 征在于，所述的钛管、钛网管为圆柱型。
3.根据权利要求1或2所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置， 其特征在于，所述的进水口设在钛管一端面附近的径向位置，所述的出水口设 在钛管另一端面的轴向中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置，其特 征在于，所述的圆锥形钛网管的外锥面迎向水流方向。
5.根据权利要求1所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置，其特 征在于，所述的灯管为紫外光灯管。
6.一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造方法，其特征在于，该 方法包括以下工艺步骤：
(1)制取复合溶胶：
a.制取硅溶胶：将正硅酸乙酯5-50毫升滴加入10-100毫升无水乙醇的烧 杯内并搅拌，使混合的液体呈透明后，加入10-60毫升5%硝酸，再次呈透明后， 即为硅溶胶;
b.制取钛溶胶：将钛酸四丁酯20-80毫升滴加入100-200毫升无水乙醇的 烧杯内并搅拌，使混合的液体呈透明后，加入100-400毫升5%硝酸，不断搅拌， 呈透明后即为钛溶胶;
c.制取添加剂溶胶：在烧杯中加入正丁醇200-800毫升，加入氯化锡、硝 酸铁、氯化钴、氯化锑形成溶液，该溶液的浓度为0.025mol-5.0mol，加热溶解， 在120℃回流4-6小时，即为澄清的添加剂溶胶;
d.制取复合溶胶：取硅溶胶和钛溶胶混合溶胶10-40毫升，添加剂溶胶 5-10毫升，混合搅拌1-4小时，即为澄清的复合溶胶;
(2)制备纳米级光催化薄膜钛网、钛板：
a.钛网基体经纯碱液除油，草酸或盐酸或硫酸除氧化膜，呈灰色有均匀麻 点，用自来水、蒸馏水冲刷干净后晾干;
b.钛板基体经纯碱液除油，草酸或盐酸或硫酸除氧化膜，呈灰色有均匀 麻点，用自来水、蒸馏水冲刷干净后晾干;
c.将上述步骤(1)制取的复合溶胶喷涂或浸涂或刷涂在已处理好的钛板 基体表面，在60-120℃内烘干5-20分钟，在400-600℃的炉内加热氧化5-20 分钟，然后取出炉外冷至室温，继续按上法重复喷涂、烘干、氧化、冷却，直 到喷涂30-50次;
d.将上述步骤(1)制取的复合溶胶喷涂或浸涂或刷涂在已处理好的钛网 基体表面，在60-120℃内烘干5-20分钟，在400-600℃的炉内加热氧化5-20 分钟，然后取出炉外冷至室温，继续按上法重复喷涂、烘干、氧化、冷却，直 到喷涂30-50次;
(3)制备纳米级光催化薄膜钛管、钛网管、圆锥形钛网管：
a.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛板按要求裁 成矩形并卷成管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的钛管;
b.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛网按要求裁 成矩形并卷成管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的钛网管;
c.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛网按要求裁 成扇形并卷成圆锥形管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的圆锥形钛 网管;
(4)制备光源：
取一灯管、一玻璃护套管，将灯管插入玻璃护套管内密封构成光源;
(5)组装钛基纳米级光催化水处理装置：
在钛管的一端开设进水口，另一端开设出水口，钛网管设于钛管内，将数 个圆锥形钛网管均匀设于钛网管内，该圆锥形钛网管的外锥面朝向进水口，该 圆锥形钛网管的大口端与钛网管内壁焊接;将光源沿钛管的轴向从一端深入并 穿过数个圆锥形钛网管的小口端，该光源的玻璃护套管尾部露一小部分，灯管 从进水口一端向外延伸并与电源连接，从而构成钛基纳米级光催化水处理装 置。
7.根据权利要求6所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造 方法，其特征在于，所述的复合溶胶中钛/硅的摩尔比为2∶0.8-1.2。
8.根据权利要求6所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造 方法，其特征在于，所述的添加剂溶胶中四氯化锡、氯化锑、氯化钴、硝酸铁 的摩尔比为10-4∶1-0.3∶0.025-0.075∶0.25-0.075。
9.根据权利要求6所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造 方法，其特征在于，所述的钛管、钛网管为圆柱型。
10.根据权利要求6所述的一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造 方法，其特征在于，所述的灯管为紫外光灯管。
说明书
一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及光催化薄膜在水处理中的应用，尤其涉及一种钛基纳米级光催 化薄膜水处理装置及其制造方法。
背景技术
有色工业废水(或其他工业废水、生活污水等)以其量大，色度高，脱色 困难，COD(化学耗氧量)严重超标为特点。常规的有色废水处理方法为絮凝 法、吸附法、氯气或次氯酸钠氧化法、生化曝气法等，近年来采用光催化降解 有害物质的方法越来越引起人们的重视。
纳米级氧化钛、氧化硅复合光催化剂，是难溶无毒、成本低，理想的光催 化剂，南京工业大学理学院季宝允等在《无机盐工业》第26卷第4期(2004 年7月)发表了“纳米氧化钛氧化硅复合光催化剂的制备及表征”一文，以硫 酸钛、硅酸钠为添加乙二醇单甲醚采用沸腾回流水解法，通过溶胶凝胶真空干 燥，再煅烧制得粒径在10nm左右的TiO2-SiO2复合粉末，这种粉状催化剂在 处理有色废水时，用压缩空气搅拌，回收利用率较低，使用效率低，因此提高 了废水的处理成本。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种催化效 率高、水处理成本低的钛基纳米级光催化薄膜水处理装置及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置，其特征在于，该装置包括钛管、 钛网管、圆锥形钛网管、光源;
所述的钛管设有进水口和出水口，该钛管内壁设有复合光催化薄膜层;
所述的钛网管设在钛管内，该钛网管表面设有复合光催化薄膜层;
所述的圆锥形钛网管呈圆锥形并多个顺序均匀设在钛网管内，该圆锥形钛 网管表面设有复合光催化薄膜层，圆锥形钛网管的小口端套设于玻璃护套管的 外围，其大口端与钛网管内壁紧密连接;
所述的光源包括玻璃护套管、灯管，该玻璃护套管设在钛管内的轴向中心 位置，该灯管设在玻璃护套管内。
所述的钛管、钛网管为圆柱型。
所述的进水口设在钛管一端面附近的径向位置，所述的出水口设在钛管另 一端面的轴向中心位置。
所述的圆锥形钛网管的外锥面迎向水流方向。
所述的灯管为紫外光灯管。
一种钛基纳米级光催化薄膜水处理装置的制造方法，其特征在于，该方法 包括以下工艺步骤：
(1)制取复合溶胶：
a.制取硅溶胶：将正硅酸乙酯5-50毫升滴加入10-100毫升无水乙醇的烧 杯内并搅拌，使混合的液体呈透明后，加入10-60毫升5%硝酸，再次呈透明后， 即为硅溶胶;
b.制取钛溶胶：将钛酸四丁酯20-80毫升滴加入100-200毫升无水乙醇的 烧杯内并搅拌，使混合的液体呈透明后，加入100-400毫升5%硝酸，不断搅拌， 呈透明后即为钛溶胶;
c.制取添加剂溶胶：在烧杯中加入正丁醇200-800毫升，加入氯化锡、硝 酸铁、氯化钴、氯化锑形成溶液，该溶液的浓度为0.025mol-5.0mol，加热溶解， 在120℃回流4-6小时，即为澄清的添加剂溶胶;
d.制取复合溶胶：取硅溶胶和钛溶胶混合溶胶10-40毫升，添加剂溶胶 5-10毫升，混合搅拌1-4小时，即为澄清的复合溶胶;
(2)制备纳米级光催化薄膜钛网、钛板：
a.钛网基体经纯碱液除油，草酸或盐酸或硫酸除氧化膜，呈灰色有均匀麻 点，用自来水、蒸馏水冲刷干净后晾干;
b.钛板基体经纯碱液除油，草酸或盐酸或硫酸除氧化膜，呈灰色有均匀 麻点，用自来水、蒸馏水冲刷干净后晾干;
c.将上述步骤(1)制取的复合溶胶喷涂或浸涂或刷涂在已处理好的钛板 基体表面，在60-120℃内烘干5-20分钟，在400-600℃的炉内加热氧化5-20 分钟，然后取出炉外冷至室温，继续按上法重复喷涂、烘干、氧化、冷却，直 到喷涂30-50次;
d.将上述步骤(1)制取的复合溶胶喷涂或浸涂或刷涂在已处理好的钛网 基体表面，在60-120℃内烘干5-20分钟，在400-600℃的炉内加热氧化5-20 分钟，然后取出炉外冷至室温，继续按上法重复喷涂、烘干、氧化、冷却，直 到喷涂30-50次;
(3)制备纳米级光催化薄膜钛管、钛网管、圆锥形钛网管：
a.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛板按要求裁 成矩形并卷成管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的钛管;
b.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛网按要求裁 成矩形并卷成管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的钛网管;
c.按上述步骤(2)的方法得到的涂覆纳米级光催化薄膜的钛网按要求裁 成扇形并卷成圆锥形管状，焊接接缝，制得内衬纳米级光催化薄膜的圆锥形钛 网管;
(4)制备光源：
取一灯管、一玻璃护套管，将灯管插入玻璃护套管内密封构成光源;
(5)组装钛基纳米级光催化水处理装置：
在钛管的一端开设进水口，另一端开设出水口，钛网管设于钛管内，将数 个圆锥形钛网管均匀设于钛网管内，该圆锥形钛网管的外锥面朝向进水口，该 圆锥形钛网管的大口端与钛网管内壁焊接;将光源沿钛管的轴向从一端深入并 穿过数个圆锥形钛网管的小口端，该光源的玻璃护套管尾部露一小部分，灯管 从进水口一端向外延伸并与电源连接，从而构成钛基纳米级光催化水处理装 置。
所述的复合溶胶中钛/硅的摩尔比为2∶0.8-1.2。
所述的添加剂溶胶中四氯化锡、氯化锑、氯化钴、硝酸铁的摩尔比为 10-4∶1-0.3∶0.025-0.075∶0.25-0.075。
所述的钛管、钛网管为圆柱型。
所述的灯管为紫外光灯管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.复合光催化剂为纳米级晶粒结构，有较高的光催化活性。
2.由于将纳米级复合光催化剂固定在钛网表面形成薄膜，在工业废水处 理工程中比粉状光催化剂使用方便，且在使用中损耗很少，因此提高了光催化 剂的使用寿命及催化效率，从而降低了处理废水的成本。
3.纳米级复合光催化水处理装置，实现了紫外光源(或可见光源)和纳 米材料的零距离接触，解决了光线和纳米材料光催化效率和水流大小的相互制 约的矛盾，大大提高了光催化对废水的净化作用。