[发明专利]光膜集成水处理装置

说明书

技术领域

本发明总体涉及催化剂光反应性能测试和光催化水处理的仪器领域，具体涉及到一种高效的光催化水处理装置。

背景技术

光催化是指在光的照射下，将光能转换成化学反应所需的能量，产生催化作用，以促进化学反应的发生。光催化在环境、化学化工、石油化工、食品等各个行业具有广泛的应用。特别地，光催化在杀菌、污水处理、空气净化等领域发挥重要的作用。

近年来，利用纳米材料TiO₂光催化降解水、气环境中的污染物成为环境领域研究的热点之一。在处理污水的研究中，为了增大污水与催化剂的接触面积以提高污水中有机物的降解能力，往往将催化剂粉碎，分散或者悬浮在水介质中，进入光反应器中进行光催化降解反应。但这样会导致催化剂与水相难以分离，分离不好会影响水质，并降低催化剂的回收率，而后续再进一步分离则会大大地增大成本，降低效益。现在相关的研究工作很多，但实际上，可采用的方法并不多。例如申请号为03112729.0的发明专利中提出使用具有较大尺寸的颗粒状或纤维状半导体材料作为催化剂，以便于回收，但这样明显会降低催化剂与废水的接触面积以及最终的水处理效果。申请号为201110061859.X的发明专利中提出使用固定膜催化剂，该催化膜以部分透光的玻璃纤维网为载体，载体上负载TiO₂膜，显然该方法降低了光的透过和吸收利用率，并且催化剂存在流失的问题。申请号为201110134160.1的发明专利中提出使用二价铁或三价铁的可溶性无机盐作为光催化剂，处理水结束后经加减沉淀可分离出催化剂，但明显地，该分离方法只适于该特定的催化剂，并且该催化剂的效果明显不如TiO₂等纳米半导体材料催化剂，大大地限制其应用。因此，寻找开发高效的光催化水处理装置显得非常重要。

发明内容

本发明正是针对现有的光催化水处理装置的缺陷，将光催化和膜的分离作用结合起来，使经处理后的水从膜外流出，达到催化剂不损失，能长期使用的目的。并且着重考虑设计中存在的问题，例如光管的冷却，处理水的进出口位置等等，因此对该装置的结构进行了特殊的设计。

本发明设计的光膜集成水处理装置主要包括反应器外层、光源、膜分离器等部分。光源可以是紫外灯管，也可以是可见光灯管，具体包括有白炽灯管、高压氙灯、高压汞灯和卤钨灯等各种管状光源，可根据用户的要求进行选择。光源外依次套有灯源套管和石英冷阱，石英冷阱内可以通冷凝水或者冷气对光源进行冷却，保证光源的最佳工作状态。石英冷阱套在膜分离器中，膜分离器可以为无机陶瓷膜，也可以为有机高分子膜，可根据用户的选择和具体的反应条件来进行选择。膜分离器外设置有反应器外层，外层可以是不锈钢或其他金属层，可以是加热层，也可以是中空结构，内可以通热的气体或液体介质，与待处理水进行热交换从而对待处理水进行加热。待处理水进口处于膜分离器的内侧底部，待处理水出口则处于反应器外层的上部。处理水时，催化剂以粉末的形式分散和悬浮于已经过过滤处理后的待处理水中，将混有催化剂的待处理水从待处理水进口送入到膜分离器内侧，在光源和催化剂的作用下，实现污水的有效处理，处理后的水从待处理水出口流出，而催化剂粉末被膜分离器挡住，限制于膜分离器内侧，即实现了催化剂和水的有效分离。该装置结构简单，操作方便，可实现高通量污水的处理，并且催化剂与处理后的水能进行在线的分离，达到催化剂不损失，能长期使用的目的，大大地降低了水处理的成本，有广泛的应用前景和实用价值。

下面结合附图进行详细说明

图1为本发明的实施例1的光催化水处理装置的结构示意图。

图2为本发明的实施例2的光催化水处理装置的结构示意图。

图3为本发明的实施例3的的光催化水处理装置的结构示意图。

具体实施方案：