[发明专利]一种加压型光催化反应系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种加压型光催化反应系统，特别涉及一种以高压纯氧为强化条件的光催化反应系统。

(二)背景技术

光催化反应是20世纪70年代发现的一类光化学反应过程。二氧化钛粉末在紫外光的照射下，产生电子-空穴对。这种电子-空穴对具有较高的能量，催化溶剂水转化为羟基自由基，并引发溶液中的其它化学反应。之后的研究发现，除二氧化钛外，还有氧化锌、二氧化锡等多种半导体材料能产生光致电子-空穴对效应，拓展了光催化反应的研究范围。

目前通行的理论认为，光能转化的电子、空穴均具备催化能力。空穴转移到水分子上，产生羟基自由基，而电子则与溶解氧结合，经过一系列的自由基反应过程，最后也转化为羟基自由基。

这个过程也可以用以下方程式表示：

h⁺+OH^-→·OH

h⁺+H₂O→·OH+H⁺

e^-+O_2(ads)→·O_2(ads)^-

表面氧与光生电子的结合避免了发生空穴和光生电子重新复合，而且·O₂^-在反应过程中还会与H⁺再产生自由基·OH：

·O_2(ads)^-+H⁺→HO₂·

2HO₂·→O₂+H₂O₂

H₂O₂+O_2(ads)^-→·OH+OH^-+O₂

而羟基自由基具备较高的氧化能力，可以几乎无选择性的氧化分解水相中的各种有机化合物，过程进行足够长的时间，甚至可以使有机物完全矿化。

鉴于光催化反应具备条件温和、操作控制简单、反应设备简易、不存在二次污染、催化剂易于制备等优点，近年来在实验室获得了广泛的研究。但光催化同时具备光量子效率低、能量消耗过高和催化剂难以回收重复利用的缺陷，大大局限了工业化应用开发，导致该领域一直未有工业化应用的实例出现。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种光量子效率高、能量消耗低、催化剂易于回收利用的加压型光催化系统。

本发明采用的技术方案是：

一种加压型光催化反应系统，所述光催化系统以半导体光催化剂为催化剂，以紫外灯为光源，其特征在于：所述光催化系统在1～5个大气压的纯氧氛围中运行。所述1～5个大气压是指额外施加的氧气压力，即与大气压(绝对压力1at)的相对压力，施加常压氧气压力时，表示为0at。本文以下所述压力均为相对压力。

所述半导体光催化剂为本领域常规用于光催化反应的光催化剂，例如二氧化钛、氧化锌、二氧化锡等半导体粉末，但并不仅限于上述三种。

所述加压型光催化系统主要包括高压氧气源、光催化反应器和膜分离装置，所述高压氧气源中的氧气与需要处理的废水同时输入光催化反应器中，在紫外灯照射下进行光催化降解反应，反应后的混合液经过膜分离装置回收半导体光催化剂后，废液降压排放。

为达到气液完全混合的效果，所述氧气与需处理的废水经文丘里管汇合后通入光催化反应器。

优选的，所述光催化系统在5个大气压的氧气氛围中进行，所述氧气通过气泵压入文丘里管、与需要处理的废水汇合后输入光催化反应器中，在紫外灯照射下进行光催化降解反应，反应后的混合液经过膜分离装置回收半导体光催化剂后，废液降压排放。

所述需处理的废水可以为本领域所有适用于光催化反应系统的废水，本发明以活性艳红X-3B或者活性艳蓝X-BR废水以及其它实施对象为例进行列举，并不能作为对本发明的限制，因为虽然废水不同需要氧化分解的有机化合物会有所不同，但鉴于其原理是一致的，因此本领域技术人员有理由相信本发明光催化反应系统可以适用于所有含有有机化合物废水的氧化分解。

本发明反应系统图见图1：

该反应系统主要由高压气源、光催化反应器、膜分离系统构成。反应系统为连续式，原水经高压泵从水箱中持续注入系统，经光催化降解后，通过膜组件滤过排出，而光降解催化剂则被膜组件截流在系统中，循环利用。