[发明专利]一种基于纳米磁性二氧化钛催化剂的光催化装置

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种基于纳米磁性二氧化钛催化剂的光催化装置及方法。

背景技术

中国的水环境质量状况较差，其中以有机污染为主要的污染特征。针对水中有机污染的去除已经有了大量的研究，包括吸附法、生物降解法以及氧化法等。其中，以高级氧化为主要作用原理的光催化氧化法受到人们的广泛关注。

就光催化氧化方法而言，催化剂的种类及性质是影响其处理效能的关键因素。二氧化钛是目前最常用的催化剂，其粒度大小及晶型直接影响着处理效果的好坏，纳米级、锐钛型二氧化钛是目前最有效的光催化剂之一。然而其在实际工程应用中存在着回收困难，出水水质难以有效保障的问题，而且近期纳米级二氧化钛的毒性问题也是人们关注的焦点。因此，迫切需要研发一种新的基于纳米级二氧化钛的新型、高效、安全性的催化方法及装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于纳米磁性二氧化钛催化剂的光催化装置。

技术方案：本发明提供了一种基于纳米磁性二氧化钛催化剂的光催化装置，包括主体、进水单元、纳米磁性二氧化钛催化氧化单元、分离单元和出水单元；所述进水单元设于主体上方，所述进水单元包括进水管以及与进水管连通的二氧化钛补充口、铁粉补充口和炭粉补充口；所述纳米磁性二氧化钛催化氧化单元设于主体中部，采用完全混合形式，并设置有充气搅拌装置；所述分离单元设于主体下部，包括分离装置以及设于分离装置上的滤膜和滤膜下方的脉冲气洗装置，所述出水单元与分离单元直接连接。

作为改进，充气搅拌装置为穿孔曝气管，曝气管上的开孔尺寸为0.5-1.5mm，充气强度为2-30L/m²·s。

作为另一种改进，二氧化钛补充口、铁粉补充口和炭粉补充口投加的磁性纳米二氧化钛、铁粉、炭粉的质量比为4:2:1～3:1:1，粒径分别为10-100nm、1-10μm、1-10μm。

作为另一种改进，纳米磁性二氧化钛催化氧化单元中设置有一组紫外灯，相邻紫外灯间距为10-20cm。

作为另一种改进，分离装置为平行设置的2组以上孔径为2-10μm的平面网状截留装置，且每组截留装置呈倾斜设置，倾斜角为100～150°。

作为另一种改进，脉冲气洗装置的气洗强度为10-30L/m².s、脉冲周期设置为10s～10min。

作为另一种改进，分离单元的顶部设有电磁阀。

作为另一种改进，所述出水单元为L形弯管，其底部分别设置出水口和进气口，其内部填充粒径10-30目的铁粉作为滤层，滤层厚度为0.2-0.5m，滤速为1-8m/h。

作为另一种改进，所述滤膜的孔径为1-10μm。

本发明还提供了一种基于磁性纳米二氧化钛的组合光催化氧化方法，包括以下步骤：

(1)将磁性纳米二氧化钛、铁粉、炭粉投入权利要求1至8任一项所述的基于纳米磁性二氧化钛催化剂的光催化装置内，作为复合催化氧化材料；

(2)在紫外灯光照射下，利用充气搅拌装置将溶液混合均匀并完成催化氧化反应；

(3)利用滤膜将催化氧化反应材料截留并回流至纳米磁性二氧化钛催化氧化单元内；

(4)经滤膜过滤后的水经出水单元过滤，得净化后的水。

有益效果：本发明提供的光催化氧化装置结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、适用范围广，可较好地保障催化氧化效果及整体出水水质，具有较好的推广应用前景。

具体而言，一方面，本发明通过采用具磁性的纳米级二氧化钛作为基本的催化剂，从而较好地保障了催化氧化的效果；另一方面，本发明又创新性地将铁粉以及较易被磁化的碳粉引入到系统中，使铁粉、碳粉、纳米磁性二氧化钛等物质充分粘附在一起，形成较大的、易截留的颗粒，便于后续分离单元的高效分离并可确保其截留效能；同时，铁粉、碳粉的加入在改善二氧化钛分离效果的同时，可以有效利用二氧化钛的磁性来改善铁碳内电解对有机污染物的去除效果，进一步强化装置的整体处理效能。

纳米磁性二氧化钛催化氧化单元中采用气冲单元来进行系统的搅拌，从而在保证搅拌效果的同时，并可实现溶液的充氧过程，可在一定程度上强化催化氧化反应。