[实用新型]一种浸没式光电催化反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于杀菌除藻净化水质的装置，尤其涉及一种浸没式光电催化反应装置。

背景技术

光电催化反应装置是利用光催化反应的原理进行杀菌除草、水质净化的装置。光催化是指在光的照射下，纳米半导体材料促进化合物分解或合成的过程，其中TiO₂以其催化活性高、稳定性好、对人体无毒害、连续光照能持续保持活性等优点而成为光催化的研究焦点。TiO₂光催化性能几乎对所有的有机污染物都具有净化能力。美国环保局公布的114种有机污染物在光照下用TiO₂作催化剂均可以逐步降解，最终完全氧化为CO2、H2O以及无毒的无机物。但是，由于在光电催化反应中使用的TiO₂粉末在悬浮体系中易于凝聚，分离回收比较困难且易中毒，不利于催化剂的再生，这是以TiO₂为基础的光催化方法难以走向大规模应用的主要原因之一。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供一种结构简单、使用方便、催化剂与水可分离的浸没式光电催化反应装置。

本实用新型通过以下方案达到上述目的：

一种浸没式光电催化反应装置，包括多根光电催化管，光电催化管分别与出水管和进水管相连。

优选的，上述光电催化管由管体及管体内的紫外灯和TiO₂薄膜构成。

优选的，上述紫外灯为发射发射波长为380nm的紫外灯。优选的，上述TiO₂薄膜为锐钛矿型TiO₂薄膜。

在一个具体的实施例中，上述光电催化管为4根。

在另一个具体的实施例中，上所述光电催化管为8根。

锐钛矿型TiO₂属于一种n型半导体材料，它的禁带宽度为3.2ev（锐钛矿），当它受到波长小于或等于387.5nm的紫外光照射时，价带的电子就会获得光子的能量而越前至导带，形成光生电子（e-），而价带中则相应地形成光生空穴(h+)。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之矿化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。该过程可用如下反应式表示：

HO·能与电子给体作用，将之氧化，矿能够与电子受体作用将之还原，同时h+也能够直接与有机物作用将之氧化：

对于锐钛矿相TiO₂，其吸收阈值为387nm。光吸收阈值λg越小，半导体的禁带宽度Eg越大，则对应产生的光生电子和空穴的氧化-还原电极电势越高。空穴的电势大于3.0eV，比高锰酸根、氯气、臭氧甚至比氟气的电极电势还高，具有很强的氧化性。研究发现，纳米TiO₂能氧化多种有机物，由于其氧化能力很强，能把有机物最终氧化为二氧化碳和水等无机小分子。

本实用新型的浸没式光电催化反应装置采用锐钛矿型TiO₂薄膜为光敏材料，采用波长λ=380nm左右的近紫外光照射，由于紫外光的催化作用，使锐钛矿相TiO₂激发，具有很强的氧化还原电位，导致细菌和藻类细胞壁或者活性酶发生蛋白质变性，并改变水体中有机污染物的分子特性，使得有机污染物变得更加容易分解。污染水体中的有机物随即被氧化，最终得到无机小分子产物如二氧化碳和水等，达到杀菌除藻、净化水质的目的。

本实用新型浸没式光电催化反应装置具有三大功能：

1）  除藻：通过光电反应杀死藻类，尤其是蓝绿藻等丝状藻类，提高水体氧化还原定位，沉淀水体中N、P，抑制藻类生长，把浮游藻转化成附生藻，少量的附生藻对水体是有帮助的；

2）  杀菌：通过水体中微生物的作用，杀灭水体中的致病菌，达到水质净化的目的；

3）  净水：除去水体中生化无法处理的难降解有机物，消解双键化合物。