公开(公告)日2018.12.04
IPC分类号C02F1/30; C02F1/48
摘要
本方提供了磁凝聚光催化反应器及光催化废水处理设备与方法。所述磁凝聚光催化反应器通过磁源体将磁性光催化剂或磁性载体形成磁凝聚结构，增大光催化剂接受光的比表面积，且在使用中不需对光催化剂进行分离。所述光催化废水处理设备包括上述磁凝聚光催化反应器，以及废水槽、输送泵、混合器、支承台和支架。所述光催化废水处理方法使用上述光催化废水处理设备，废水槽中的废水在搅拌下由废水槽经管件进入磁凝聚光催化反应器进行处理后再回到废水槽，废水槽中的废水按上述方式循环流动，直至待处理废水达到排放要求。
权利要求书
1.一种磁凝聚光催化反应器，其特征在于由反应床(1-1)、磁源体(1-2)、粉状磁性光催化剂和用于照射磁性光催化剂的光源组成，所述磁源体(1-2)设置在反应床外壁，所述磁性光催化剂装放在反应床内，在磁源体(1-2)作用下形成磁凝聚结构。
2.一种磁凝聚光催化反应器，其特征在于由反应床(1-1)、磁源体(1-2)、粉状磁性光催化剂、颗粒状磁性载体或粉状磁性载体及用于照射磁性光催化剂的光源组成，所述磁性载体装放在反应床内，在磁源体(1-2)作用下形成磁凝聚结构，所述磁性光催化剂分布在磁性载体形成的磁凝聚结构上与所述磁凝聚结构吸附结合成一体。
3.根据权利要求1或2所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述粉状磁性光催化剂由光催化剂和磁核组成，粒径为微米级或纳米级，光催化剂的质量分数为30～80%，磁核的质量分数为20～70%，光催化剂为Ag2O、TiO2、ZrO2、CdS、C3N4或KBiO3，磁核为CoFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、γ-Fe2O3或Fe3O4;
所述磁源体(1-2)为永磁体或电磁铁;所述光源为自然光或LED可见光;所述反应床由非磁性材料制作或磁性材料制作。
4.根据权利要求3所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述反应床由非磁性材料中的透光材料制作。
5.根据权利要求2所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述颗粒状磁性载体的粒径为毫米级，粉状磁性载体的粒径为微米级或纳米级，颗粒状磁性载体、粉状磁性载体均为Fe3O4或磁性铁氧体。
6.根据权利要求1或2所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述反应床(1-1)为两端开口、顶部未封闭或封闭的槽式反应床，所述磁源体(1-2)设置在槽式反应床底壁的外表面，磁源体的磁场强度应满足其对应的槽式反应床底壁内表面的磁场强度不小于50Gs。
7.根据权利要求1或2所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述反应床(1-1)为两端开口、顶部未封闭或封闭的槽式反应床，所述磁源体(1-2)对称设置在槽式反应床两侧壁的外表面，磁源体的磁场强度应满足其对应的槽式反应床侧壁内表面的磁场强度不小于400Gs、其对应的槽式反应床两侧壁对称面处的磁场强度不小于40Gs。
8.根据权利要求1或2所述磁凝聚光催化反应器，其特征在于所述反应床(1-1)为两端开口的管式反应床，所述磁源体(1-2)环绕管式反应床外壁设置，磁源体的磁场强度应满足其对应的管式反应床内壁的磁场强度不小于50Gs。
9.一种光催化废水处理设备，其特征在于包括权利要求1至8中任一权利要求所述磁凝聚光催化反应器(1)，以及废水槽(2)、输送泵(3)、混合器(4)、支承台(5)和支架(6)，所述磁凝聚光催化反应器(1)放置在支承台(5)上，所述混合器(4)通过支架支撑，其混合部件位于废水槽(2)内，所述输送泵(3)的进液口通过管件与废水槽(2)连通，所述输送泵(3)的出液口通过管件与磁凝聚光催化反应器的进液口连通，所述磁凝聚光催化反应器的出液口通过管件与废水槽(2)连通。
10.一种光催化废水处理方法，其特征在于使用权利要求9所述光催化废水处理设备，操作如下：
将待处理废水通入废水槽(2)，启动混合器(4)和输送泵(3)，废水槽(2)中的废水在搅拌下由废水槽(2)经管件进入磁凝聚光催化反应器(1)进行处理后再回到废水槽(2)，废水槽中的废水按上述方式循环流动，直至待处理废水达到排放要求。
说明书
磁凝聚光催化反应器及光催化废水处理设备与方法
技术领域
本发明属于光催化技术领域，涉及磁凝聚光催化反应器及光催化废水处理设备与利用光催化处理废水的方法。
背景技术
反应的进行离不开反应器，光催化反应也不例外。现有技术中，光催化反应器主要有悬浮式光催化反应器、填充式光催化反应器和涂膜式光催化反应器。
悬浮式光催化反应器包括筒状容器、光催化剂、鼓气装置或者搅拌装置、光催化剂分离装置，若用于废水处理，是将颗粒状光催化剂装入筒状容器中，通过鼓气或者搅拌等方法使光催化剂分散在被处理废水中，在光源的照射下光催化降解污染物，反应结束后通过分离装置分离光催化剂，并放出处理过的废水(见CN 201962095U、CN103408100A)。此类光催化反应器的光催化反应效果虽然较好，但结构较为复杂、制造成本较高，且每次反应后需要对光催化剂进行分离，废水的处理不能连续运行。
填充式光催化反应器主要由容器、填充在容器内的光催化剂颗粒或涂有光催化剂的载体颗粒组成，其结构虽然简单，反应后不需对光催化剂进行分离，但由于光催化剂颗粒或涂有光催化剂的载体颗粒单位体积的表面积较低且透光性不理想，因而阻碍了传质的进行，光催化反应效果差。涂膜式光催化反应器主要由容器、光源和光催化剂组成，所述催化剂涂抹在容器内壁和光源表面，此类光催化反应器仍然存在光催化反应效果差的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供磁凝聚光催化反应器，以便在保证光催化反应效果的前提下，进一步简化结构，在使用中不需对光催化剂进行分离。
本发明的再一目的是提供光催化废水处理设备与光催化废水处理方法，以实现废水处理的连续运行。
本发明所述磁凝聚光催化反应器，有以下两种基本结构，但它们属于一个总的发明构思，即通过磁源体将磁性光催化剂或磁性载体形成磁凝聚结构，增大光催化剂接受光的比表面积，且在使用中不需对光催化剂进行分离。
本发明所述第一种结构的磁凝聚光催化反应器，由反应床、磁源体、粉状磁性光催化剂和用于照射磁性光催化剂的光源组成，所述磁源体设置在反应床外壁，所述磁性光催化剂装放在反应床内，在磁源体作用下形成磁凝聚结构。
本发明所述第二种结构的磁凝聚光催化反应器，由反应床、磁源体、粉状磁性光催化剂、颗粒状磁性载体或粉状磁性载体及用于照射磁性光催化剂的光源组成，所述磁性载体装放在反应床内，在磁源体作用下形成磁凝聚结构，所述磁性光催化剂分布在磁性载体形成的磁凝聚结构上与所述磁凝聚结构吸附结合成一体。
上述磁凝聚光催化反应器，所述粉状磁性光催化剂由光催化剂和磁核组成，粒径为微米级或纳米级，光催化剂的质量分数为30～80%，磁核的质量分数为20～70%，光催化剂为Ag2O、TiO2、ZrO2、CdS、C3N4或KBiO3，磁核为CoFe2O4、NiFe2O4、ZnFe2O4、γ-Fe2O3或Fe3O4;所述磁源体(1-2)为永磁体或电磁铁;所述光源为自然光或LED可见光;所述反应床由非磁性材料制作或磁性材料制作。
上述磁凝聚光催化反应器，所述反应床优选非磁性材料中的透光材料制作，例如，石英玻璃、有机玻璃或钢化玻璃，以便用自然光作为光源，有利于降低成本和提高光催化效果。
上述磁凝聚光催化反应器，所述颗粒状磁性载体的粒径为毫米级，粉状磁性载体的粒径为微米级或纳米级，颗粒状磁性载体、粉状磁性载体均为Fe3O4或磁性铁氧体。
本发明所述磁凝聚光催化反应器，反应床的形状和构造及磁源体的设置位置优选下述三种模式：
1、所述反应床为两端开口、顶部未封闭或封闭的槽式反应床，所述磁源体设置在槽式反应床底壁的外表面，磁源体的磁场强度应满足其对应的槽式反应床底壁内表面的磁场强度不小于50Gs。
2、所述反应床为两端开口、顶部未封闭或封闭的槽式反应床，所述磁源体对称设置在槽式反应床两侧壁的外表面，磁源体的磁场强度应满足其对应的槽式反应床侧壁内表面的磁场强度不小于400Gs、其对应的槽式反应床两侧壁对称面处的磁场强度不小于40Gs。
3、所述反应床为两端开口的管式反应床，所述磁源体环绕管式反应床外壁设置，磁源体的磁场强度应满足其对应的管式反应床内壁的磁场强度不小于50Gs。
本发明所述光催化废水处理设备，包括上述磁凝聚光催化反应器，以及废水槽、输送泵、混合器、支承台和支架，所述磁凝聚光催化反应器放置在支承台上，所述混合器通过支架支撑，其混合部件位于废水槽内，所述输送泵的进液口通过管件与废水槽连通，所述输送泵的出液口通过管件与磁凝聚光催化反应器的进液口连通，所述磁凝聚光催化反应器的出液口通过管件与废水槽连通。
本发明所述光催化废水处理方法，使用上述光催化废水处理设备，操作如下：
将待处理废水通入废水槽，启动混合器和输送泵，废水槽中的废水在搅拌下由废水槽经管件进入磁凝聚光催化反应器进行处理后再回到废水槽，废水槽中的废水按上述方式循环流动，直至待处理废水达到排放要求。
本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述磁凝聚光催化反应器的反应床外壁设置有磁源体，在磁源体的作用下磁性光催化剂形成磁凝聚结构，或磁性载体形成磁凝聚结构，磁性光催化剂分布在磁性载体形成的磁凝聚结构上并与所述磁凝聚结构吸附结合成一体，增大了光催化剂接收光的比表面积，且磁凝聚结构还能够对流体流动产生扰动，增强了传质，因而保证了光催化反应器具有优良的光催化反应效果。
2、由于磁源体对磁凝聚结构的吸附作用，因而本发明所述磁凝聚光催化反应器作为光催化废水处理设备的组成部件进行废水处理时，磁性光催化剂不会进入废水中，不需要对光催化剂进行分离。
3、本发明所述磁凝聚光催化反应器结构进一步简化，便于加工制作。
4、由于本发明所述光催化废水处理设备是通过磁凝聚光催化反应器实现废水处理，因而不仅处理效果好，能实现废水处理的连续运行，而且简化了光催化废水处理方法的操作。