申请日2014.08.26
公开(公告)日2015.01.07
IPC分类号C02F1/32; B01J21/06; C02F1/30
摘要
本发明公开一种深度处理有机废水的光催化装置，包括若干个光催化板，其波峰面和波谷面交替排列从而在表面形成波浪形面，波浪形表面涂覆有光催化剂涂层;若干个所述光催化板从上往下依次设置，且其波浪形面均朝上;相邻的上、下两块光催化板反向倾斜搁置且位于上方的光催化板的低端与位于下方的光催化板的高端靠近;位于所述光催化板波浪形表面的上方平行设置有一金属反光板;所述光催化板与金属反光板之间设置有若干个紫外灯;每一块光催化板的高端均安装有一布水器;若干个光催化板中位于最底部的光催化板的低端下方安装有水槽。本发明解决了低浓度有毒、有害、难生化降解工业有机废水难治理的问题，大大提高了分解这些有机污染物的速度和能力。
权利要求书
1. 一种深度处理有机废水的光催化装置，其特征在于：包括若干个光催化板(1)，所述光催化板(1)的上表面具有若干个平行设置的波峰面(2)和波谷面(3)，此波峰面(2)和波谷面(3)交替排列从而在表面形成波浪形面(4)，所述波浪形表面(4)涂覆有光催化剂涂层(5);
若干个所述光催化板(1)从上往下依次设置，且其波浪形面(4)均朝上，相邻的上、下两块光催化板(1)反向倾斜搁置且位于上方的光催化板(1)的低端与位于下方的光催化板(1)的高端靠近;
位于所述光催化板(1)波浪形表面(4)的上方平行设置有一金属反光板(6);所述光催化板(1)与金属反光板(6)之间设置有若干个紫外灯(7);每一块光催化板(1)的高端均安装有一布水器(8);若干个光催化板(1)中位于最底部的光催化板(1)的低端下方安装有水槽(9)，一输水管连接水槽(9)和若干个光催化板(1)中位于最顶部的光催化板(1)的高端，所述输水管上安装有水泵(10);
所述光催化剂涂层(5)通过以下步骤获得：
步骤一、将金属钛放入玻璃烧杯中，加入过氧化氢水溶液形成混合液，金属钛与过氧化氢的摩尔比为1：8~12，所述金属钛为颗粒海绵钛;
步骤二、将玻璃烧杯置于冰水浴中，冰水浴温度控制在5~15℃之间，中速搅拌所述混合液形成中间反应物;
步骤三、将一定量的氨水倒入带支管和活塞的烧瓶中，将烧瓶置于热水浴中，水浴温度控制在60℃左右，加热使氨挥发形成氨蒸汽，此氨蒸汽通过支管进入中间反应物中，调节中间反应物的pH值至8~11范围内获得调节后中间反应物，此时金属钛与氨的摩尔比为1：9~15;
步骤四、持续搅拌调节后中间反应物3~8小时，直到获得透明的黄色络合物水溶液;
步骤五、将黄色络合物水溶液转移至带支管的烧瓶中，放入60℃左右的热水浴中，蒸发除去过量的过氧化氢和氨，得到黄色络合物胶体;
步骤六、将黄色络合物胶体倒入高压反应釜中，150℃~200℃水热反应4~8小时，获得纯白色水性乳液;
步骤七、将纯白色水性乳液倒回玻璃烧杯中，常温下边搅拌边加入无机酸，调节乳液的pH值至2～4获得酸化后水性乳液;
步骤八、将玻璃烧杯放入60～80℃水浴装置中，在持续搅拌3～6小时使酸化后水性乳液渐渐胶化成纳米二氧化钛水性胶体;
步骤九、将步骤八的纳米二氧化钛水性胶体和纳米二氧化钛粉末按照重量比1~2：1混合，并经混合球磨1~2小时后得到高分散态的光催化剂涂料，并将此光催化剂涂料涂覆于光催化板(1)的上表面，烧结后获得所述光催化剂涂层(5)。
2. 根据权利要求1所述的光催化装置，其特征在于：相邻波峰面(2)之间的距离为5~10mm，波峰面(2)顶部和波谷面(3)的底部之间的高度为2~6mm。
3. 根据权利要求1所述的深度处理有机废水的光催化装置，其特征在于：所述光催化板(1)与水平面成10~25 倾斜角。
4. 根据权利要求1所述的光催化装置，其特征在于：所述金属反光板(6)平行设置有若干个半圆弧形凹槽(61)，所述紫外灯(7)位于半圆弧形凹槽(61)内。
5. 根据权利要求1所述的光催化装置，其特征在于：所述紫外灯(7)与光催化板(1) 的距离为1~3厘米。
6. 根据权利要求1所述的光催化装置，其特征在于：所述光催化板(1)的面积为0.15~1.0平方米。
7. 根据权利要求1所述的光催化装置，其特征在于：所述光催化板(1)为轻质陶瓷。
说明书
深度处理有机废水的光催化装置
技术领域
本发明涉及有机废水处理装置领域，特别涉及一种深度处理有机废水的光催化装置。
背景技术
二十世纪九十年代以来，把二氧化钛光催化技术应用于环境污染的治理，已成为世界各国十分关注的课题。
二氧化钛光催化技术是一种高级氧化分解技术。二氧化钛的光催化活性是由强烈吸收紫外光后生成的具有极强氧化能力的活泼自由基引起，它能够非选择性地氧化分解水中各类低浓度的有毒、有害难降解的有机污染物(如苯类、酚类等)，其氧化能力远远高于臭氧和过氧化氢。
二氧化钛光催化水处理技术具有其它传统水处理技术无法替代的先进性—彻底分解、无二次污染和广泛的适用性，特别适用于其它传统水处理技术难以解决的有毒、有害、难生化降解的低浓度工业有机废水的治理，使之达标排放。因此被认为是一种最有前途的水处理高新技术。
然而经过二十来年的努力，目前在国内外“光催化水处理技术及设备”仍然只处于前工业化水平。尚未真正实用化的原因是：在高效光催化剂的研制和高效光催化反应器的设计上还需要解决一些技术上的难题。
采用纳米技术是提高二氧化钛光催化效率的重要途径。这是因为纳米二氧化钛具有巨大的比表面积，其表面吸附有机污染物的能力大大增加;同时，由于纳米二氧化钛粒径小，处于表面态的原子数多，光激发产生电子和空穴(e-，h+)的几率大大增加，促使其光催化氧化反应速率大大提高，从而能够把其表面吸附的有机污染物快速地氧化分解为二氧化碳和水等无机物。因此，纳米二氧化钛是一种高效光催化剂。
然而，纳米二氧化钛在实际使用中必须附着在一种载体上，研发一种高比表面积、高附着力的载体是光催化氧化治污技术进入实用化的关键技术之一。
发明内容
本发明目的是提供一种深度处理有机废水的光催化装置，该光催化装置大大提高了光催化分解水中有机污染物的速度和能力，无二次污染，可重复循环使用，解决了低浓度有毒、有害、难生化降解的工业有机废水难治理的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种深度处理有机废水的光催化装置，包括若干个光催化板，所述光催化板的上表面具有若干个平行设置的波峰面和波谷面，此波峰面和波谷面交替排列从而在表面形成波浪形面，所述波浪形表面涂覆有光催化剂涂层;
若干个所述光催化板从上往下依次设置，且其波浪形面均朝上，相邻的上、下两块光催化板反向倾斜搁置且位于上方的光催化板的低端与位于下方的光催化板的高端靠近;
位于所述光催化板波浪形表面的上方平行设置有一金属反光板;所述光催化板与金属反光板之间设置有若干个紫外灯;每一块光催化板的高端均安装有一布水器;若干个光催化板中位于最底部的光催化板的低端下方安装有水槽，一输水管连接水槽和若干个光催化板中位于最顶部的光催化板的高端，所述输水管上安装有水泵;
所述光催化剂涂层通过以下步骤获得：
步骤一、将金属钛放入玻璃烧杯中，加入过氧化氢水溶液形成混合液，金属钛与过氧化氢的摩尔比为1：8~12，所述金属钛为颗粒海绵钛;
步骤二、将玻璃烧杯置于冰水浴中，冰水浴温度控制在5~15℃之间，中速搅拌所述混合液形成中间反应物;
步骤三、将一定量的氨水倒入带支管和活塞的烧瓶中，将烧瓶置于热水浴中，水浴温度控制在60℃左右，加热使氨挥发形成氨蒸汽，此氨蒸汽通过支管进入中间反应物中，调节中间反应物的pH值至8~11范围内获得调节后中间反应物，此时金属钛与氨的摩尔比为1：9~15;
步骤四、持续搅拌调节后中间反应物3~8小时，直到获得透明的黄色络合物水溶液;
步骤五、将黄色络合物水溶液转移至带支管的烧瓶中，放入60℃左右的热水浴中，蒸发除去过量的过氧化氢和氨，得到黄色络合物胶体;
步骤六、将黄色络合物胶体倒入高压反应釜中，150℃~200℃水热反应4~8小时，获得纯白色水性乳液;
步骤七、将纯白色水性乳液倒回玻璃烧杯中，常温下边搅拌边加入无机酸，调节乳液的pH值至2～4获得酸化后水性乳液;
步骤八、将玻璃烧杯放入60～80℃水浴装置中，在持续搅拌3～6小时使酸化后水性乳液渐渐胶化成纳米二氧化钛水性胶体;
步骤九、将步骤八的纳米二氧化钛水性胶体与纳米二氧化钛粉末按照重量比1~2：1混合，并经混合球磨1~2小时后得到高分散态的光催化剂涂料，并将此光催化剂涂料涂覆于光催化板的上表面，烧结后获得所述光催化剂涂层。
上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：
1、上述方案中，相邻波峰面之间的距离为5~10mm，波峰面顶部和波谷面的底部之间的高度为2~6mm。
2、上述方案中，所述光催化板与水平面成10~25 倾斜角。
3、上述方案中，所述金属反光板平行设置有若干个半圆弧形凹槽，所述紫外灯位于半圆弧形凹槽内。
4、上述方案中，所述紫外灯与光催化板的距离为1~3厘米。
5、上述方案中，所述光催化板为轻质陶瓷。
6、上述方案中，所述光催化板的面积为0.15~1.0平方米。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明深度处理有机废水的光催化装置，除了光催化板基体本身具有巨大、粗糙的表面积外，光催化板的上表面还具有若干个平行设置的波峰面和波谷面，此波峰面和波谷面交替排列，既有利于将水流的流速降低并形成均匀的水膜，也使其表面积大大增加;其次，通过金属反光板提高了光源的利用率，大大降低了光源在有机废水处理时的光损失;本发明解决了低浓度有毒、有害、难生化降解工业有机废水难治理的问题，大大提高了分解这些有机污染物的速度和能力，无二次污染，可重复循环使用。
2、本发明深度处理有机废水的光催化装置，采用纳米二氧化钛水性胶体和纳米二氧化钛粉末混合球磨的方法制得高分散态的光催化剂涂料。其中纳米二氧化钛水性胶体是核心原料，它具有优良的粘结性能和烧结活性。胶体的粘结作用使细微、松散的纳米二氧化钛粉末得以通过喷涂的办法在光催化板上形成光催化剂涂层;同时，纳米二氧化钛水性胶体在烧结过程中可以形成高分子 -O-Ti-O- 网状多孔结构的凝胶，这种凝胶起支撑物的作用，把纳米二氧化钛粉末颗粒粘结起来，成为具有一定机械强度的烧结物，可以经得住水流的浸泡和冲刷;倘若用无机粘合剂替代，则会引入影响光催化活性的无机杂质;倘若用高分子有机物粘合剂替代，则有机物在后期的烧结过程中挥发贻尽，光催化剂涂层会粉化，与其它的无机粘合剂或高分子有机物粘合剂不同，纳米二氧化钛水性胶体烧结后形成的高分子 -O-Ti-O- 凝胶的成分仍然是纳米二氧化钛，与纳米二氧化钛粉末一样具有优良的光催化活性，因此它是一种具有光催化活性的支撑物。
