[发明专利]一种管状光催化反应器

说明书

技术领域

本发明属于环境净化技术领域，涉及一种光催化反应装置，尤其是特别涉及一种管状光催化反应器。

背景技术

自1972年Fujishima和Honda发现利用半导体金属氧化物TiO₂单晶电极可光分解水以来，半导体的光催化效应在环境治理和能源开发等方面引起人们的广泛关注和研究。现有的大量研究表明，利用光催化技术不仅能够处理多种有机污染物，而且具有很好的杀菌及抑制病毒活性的作用，不会形成对人体有害的中间产物。

大量研究表明，纳米TiO₂的光催化特性具有广谱性，几乎对所有的有机污染物都具有治理能力，利用光催化剂TiO₂处理难降解的有机有害物效果明显。此外，用TiO₂处理空气和水中的有机污染物，反应条件温和、能耗低，在紫外光照射或暴露在太阳光下即可发生反应。尤其是光催化剂TiO₂具有催化活性高、氧化能力强、降解速度快、降解无选择性、廉价、无毒、稳定及可以重复使用，所需处理设备结构简单、操作条件容易控制，无二次污染等优点，备受人们关注。

近20年来，研究者在光催化的反应机理、催化剂制备和改性以及降解各种有机污染物等方面做了大量的研究，但是光催化技术的实际应用能力仍然受到光催化反应器有效设计的制约和阻碍。一个合理有效的光催化反应器应具备以下特点：①发射的光子能被催化剂有效吸收；②有足够的污染物传递到催化剂表面，使催化剂应尽可能多地与污染物接触。为促进污染物和催化剂接触反应，早期在光催化处理废水的研究中，大都将TiO₂粉末与废水组成悬浮体系，但催化剂回收比较困难，而且这种方法显然不可能用于空气净化。将TiO₂固定在某种载体上能很好地解决这些问题，近年来进行了大量的研究，也取得了较大的进展，如载体的形式有平板、蜂窝或薄片(02144673.3)等结构，载体使用透光性的光纤(中国专利01113708.8)、玻璃板或玻璃毛细管(中国专利200610029643.4)、玻璃纤维(中国专利200610048743.1)或多孔石英玻璃(中国专利200710018322.9)等。上述反应器均有各自的优点，但仍存在有效催化反应面积少、光源利用效率低及反应器结构、制作复杂的缺点，，在提高光催化反应器的有效反应面积方面的研究偏少，进展也有限，还未能很好地解决该问题。

光催化反应器作为光催化反应的主体设备，决定了催化剂活性的发挥和对光能的有效利用，也将直接影响光催化反应的效率，光催化反应器的设计和研制是多相光催化技术走向实用化的关键步骤。一个成功的光催化反应器必然体现了催化剂活性和光源利用的最优化组合，如何提高对光源的利用率及使催化剂活性得到最大发挥已成为光催化反应器研制和开发的中心，也是光催化研究的重点之一。

发明内容

本发明涉及一种新型光催化反应器设计，能克服现有的光催化反应器设计中存在的有效催化反应面积少，催化剂活性和光源利用效率低的技术缺陷，提供一种结构简单、具有高光催化反应面积的管状光催化反应器。

本发明采用的技术方案如下：

一种管状光催化反应器，包括管状壳体(2)、光催化剂、紫外光源(4)、进口(1)和出口(6)，其特征在于：在管状壳体(2)的管轴线上安装有石英玻璃管(5)，在管状壳体(2)与石英玻璃管(5)之间，绕石英玻璃管(5)设置螺旋叶片(3)，光催化剂负载在螺旋叶片(3)的表面，紫外光源(4)置于石英玻璃管(5)内。

所述的光催化反应器，一片或多片螺旋叶片(3)绕石英玻璃管(5)设置在管状壳体(2)与石英玻璃管(5)之间，在管状壳体(2)与石英玻璃管(5)之间的反应器空间内，形成螺旋状的反应物(气体或液体)通道(一条或多条)，增加光催化反应面积和受光面积，提高催化剂和光源利用效率。所述的螺旋叶片(3)，其与管轴的夹角为30°～75°。叶片的数量优选3～8片。

所述的光催化剂为纳米TiO₂光催化剂。纳米TiO₂光催化剂可以采用已知的方法，如溶胶—凝胶法、浆料法和喷涂法等方法负载在所述的螺旋叶片(3)上。所述的光催化剂还可以负载在所述的管状壳体(2)的内表面上。

紫外光源(4)置于石英玻璃管(5)内，石英玻璃管(5)把紫外光源和流体隔离开，可方便光源的维修和更换。

所述的进口(1)或出口(6)分别位于管状壳体(2)的两端，其方向优选管状壳体(2)的切线方向。