申请日2006.09.21
公开(公告)日2007.03.07
IPC分类号C02F1/32; B01J23/745; C02F1/48
摘要
一种利用磁性光催化剂进行连续化污水处理的装置，属于环保领域。其特征在于该装置由2-8个锥形石英光催化反应器(1)、引流管(2)、环形磁铁(3)、底部开口(4)、紫外灯管(5)、环形鼓气管(6)、鼓气主管(7)、环形磁铁固定及传动装置(8)构成;每个反应器配一个环形磁铁，每个环形磁铁通过环形磁铁固定及传动装置固定在一块，反应器底部留有开口，紫外灯管置于反应器中间;鼓气主管连接各反应器内部的环形鼓气管;引流管从最上部的反应器上部引出，通入下一个反应器的下部，依次将多个反应器上下连接起来。此装置利用磁场分散和鼓气结合，可用较少的光催化剂处理净化大量的污水，并且可实现光催化剂粒子的回收和重复利用。
権利要求書
1.一种利用磁性光催化剂进行连续化污水处理的装置，其特征在于该装置 由2-8个锥形石英光催化反应器(1)、引流管(2)、环形磁铁(3)、底部开 口(4)、紫外灯管(5)、环形鼓气管(6)、鼓气主管(7)、环形磁铁固定及 传动装置(8)构成;每个反应器(1)配一个环形磁铁(3)，每个环形磁铁通 过环形磁铁固定及传动装置(8)固定在一块，当其向上运动时，反应器内磁 性TiO2/Fe3O4光催化剂粒子就在磁场作用下上升，到一定高度磁场力减小到一定 值，磁性粒子就在重力作用下分散下落;反应器底部留有开口(4)，紫外灯管(5) 置于反应器中间;鼓气主管(7)连接各反应器内部的环形鼓气管(6);引流 管(2)从最上部的反应器上部引出，通入下一个反应器的下部，依次将多 个反应器上下连接起来，最后从最下部的反应器引出。
2.如权利要求1所述，连续化污水处理的装置，其特征在于锥形石英反应 器设计了堆积角β=120°～130°。
说明书
一种利用磁性光催化剂进行连续化污水处理的装置
技术领域
本发明属于环保领域，特别涉及一连续化光催化装置，磁性光催化剂粒子 TiO2/Fe3O4在此装置中可以充分分散，实现污水的多级连续净化。
背景技术
水资源是与人类生存息息相关的重要资源，水资源的污染破坏了生态环境， 严重威胁着人们的生活质量和身体健康。另外，随着社会的发展，人们对淡水资 源的需求会越来越大，如何充分循环利用水资源成为亟待解决的课题。因此，找 到一种行之有效的污水处理方法，实现污水净化和循环使用是一个重大课题。
对水的污染物有很多种，如有机污染物、无机污染物、有害金属离子及有害 氮氧化合物等。传统污水处理方法效率低、成本高，对不同污染物的废水有选择 性，尤其存在二次污染问题，因此污水治理一直得不到很好解决。光催化技术的 发展和应用可彻底解决这一问题。因为废水中污染物无论是有机的还是无机的， 通过半导体纳米粒子的光催化作用可以完全降解成无害的化合物。
在众多具有光催化性能的半导体中，N型半导体TiO2是最有前途的光催化 剂。TiO2具有化学性质稳定、难溶、无毒、成本低、催化效率高等优点。TiO2 具有3.0～3.2eV的带隙能，即禁带宽度，当它吸收了能量大于禁带宽度的光子后， 价带电子受激发越过禁带进入导带，在原来的价带位置留下空穴，从而形成具有 高活性的强还原性自由电子和强氧化性的空穴对(e-)-(h+)，并迁移到TiO2 表面不同位置。自由电子可直接把有毒的高价金属离子还原为金属，也可与表面 吸附的氧分子作用生成活泼的H2O2，空穴则与表面吸附的H2O或OH-离子反应 生成具有强氧化性的羟基·OH，足以氧化绝大多数的有机污染物。因此用纳米 TiO2作光催化剂可以通过一系列氧化还原反应降解几乎所有的有机污染物，最终 生成CO2和H2O。
TiO2作为光催化剂有很大优点，但TiO2粒子在污水中容易损失并且难以回 收循环使用。近来已有很多研究，把TiO2纳米粒子包覆在磁性颗粒上，利用磁 场实现其回收。但如何将磁性复合光催化剂充分分散到污水中并且实现污水的连 续化处理成为制约其应用的一大难题。
发明内容
本发明目的是要解决磁性光催化剂TiO2/Fe3O4连续进行污水处理的问题。
一种利用磁性光催化剂进行连续化污水处理的装置，其特征在于该装置由 2-8个锥形石英光催化反应器1、引流管2、环形磁铁3、底部开口4、紫外 灯管5、环形鼓气管6、鼓气主管7、环形磁铁固定及传动装置8构成。每个 反应器1配一个环形磁铁3，每个环形磁铁通过环形磁铁固定及传动装置8固 定在一块，当其向上运动时，反应器内TiO2/Fe3O4磁性光催化剂粒子就在磁场作 用下上升，到一定高度磁场力减小到一定值，磁性粒子就在重力作用下分散下落。 反应器底部留有开口4，紫外灯管5置于反应器中间;鼓气主管连接各反应器 内部的环形鼓气管6;引流管2从最上部的反应器上部引出，通入下一个反 应器的下部，依次将多个反应器上下连接起来，最后从最下部的反应器引出， 这样就实现了污水的连续化流动净化处理。
既能利用复合粒子的磁性进行不间断分散、回收及反复利用，还能动态的实 现污水的连续净化处理，因此能够大大提高TiO2/Fe3O4光催化剂的利用率，实现 污水大量、高效的循环处理。
此连续化光催化装置各部分连接方式及作用如下：
1.锥形石英光催化反应器。反应器设计成锥形，设计锥形石英反应器的堆积 角β=120°～130°，当外部磁铁上下垂直运动时可改变反应器内壁不同部 位的磁场力，从而实现TiO2/Fe3O4光催化剂的分散。
2.引流管。引流管从最上部的反应器上部引出，通入下一个反应器的下部， 依次将多个反应器上下连接起来，最后从最下部的反应器引出，这样就 实现了污水的连续化流动净化处理。
3.环形磁铁。每个反应器配一个环形磁铁，几个环形磁铁固定在一块，当其向 上运动时，反应器内磁性光催化剂粒子就在磁场作用下上升，到一定高度磁 场力减小到一定值，磁性粒子就在重力作用下分散下落。
4.底部开口。每个反应器底部留有开口，方便TiO2/Fe3O4光催化剂粒子失活后 回收。
5.紫外灯管。紫外灯管置于锥形反应器中间，可以充分利用紫外线，提高光催 化效率。
6.鼓气管。鼓气管用于对下落到反应器底部的TiO2/Fe3O4光催化剂粒子再次分 散，与磁场分散相搭配，共同实现少量粒子的连续分散。
7.鼓气主管。鼓气主管连接各反应器内部的环形鼓气管，一根管控制多个 反应器内鼓气，大大提高了气体利用率，降低了能耗。
8.环形磁铁固定及传动装置。环形磁铁被固定，只能上下垂直运动，通过 传动装置实现往复运动，还可以调节运动的行程及速率。
这种连续化光催化装置，最突出的特点是利用了空间重力势差，多个光 催化反应器连接到一块，成功的实现了污水的逐级、连续、大量净化。另外， 一个传动装置整体上控制多个环形磁铁的运动，一个主鼓气管控制多个鼓气 装置，使得在增加光催化反应器时并不增大能量消耗，大大的降低了污水处 理的成本。