申请日2010.02.04
公开(公告)日2010.07.28
IPC分类号C02F1/30; C02F1/32
摘要
本发明公开了一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，包括石英外筒、紫外灯，其中，石英外筒两端由反光板密封，石英外筒内设有至少一层铝网套筒;铝网套筒的间隙内填充二氧化钛纳米丝;紫外灯设在石英外筒内，其外包有石英套管;石英外筒上设有进水口和出水口。本发明具有以下优点：1、采用二氧化钛纳米丝做填充介质，具有易固定、易分离、易回收、耐水流冲击负荷高等优点;2、光催化反应可以杀灭致病菌及其内毒素，杀菌能力强、杀菌彻底且可同时矿化水中的有机污染物;3、纳米丝光催化剂可重复使用，操作简单且管理方面;4、综合利用太阳光与紫外光，实现全天候杀菌，节约能源;5、同时具备污水消毒和深度净化的双重效能。
权利要求书
1.一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，其特征在于：包括石英外筒、紫外灯，其中，石英外筒两端由反光板密封，石英外筒内设有至少一层铝网套筒;铝网套筒的间隙内填充二氧化钛纳米丝;紫外灯设在石英外筒内，其外包有石英套管;石英外筒上设有进水口和出水口。
2.根据权利要求1所述的一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，其特征在于：所述二氧化钛纳米丝是通过以下方法制备的：
(1)将钛酸四丁酯加入到乙酰乙酸乙酯和异丙醇的混合溶液中，其中，钛酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯和异丙醇三者的摩尔比为1∶(0.2～0.6)∶(6～12)，在氮气气氛下回流1～1.5h制得溶液A;
(2)将水和异丙醇混合制得溶液B，其中，水和异丙醇的摩尔比为1∶(3～7);
(3)在氮气保护下，将溶液B逐滴加到溶液A中，然后通过蒸馏弃去副产的异丙醇并获得中间体聚合钛，经140～150℃干燥得到黄棕色粉末;
(4)将上述得到的黄棕色粉末溶解在四氢呋喃中，并加入正硅酸乙酯，硅元素与钛元素的摩尔比为(0.05～0.2)∶1，回流1～1.5h，离心分离得到均匀稳定的二氧化钛溶胶;
(5)上述溶胶经旋转蒸发得到粘度为2Pa·s的纺丝液，然后将纺丝液注入离心甩丝装置，以5500～6500rpm的转速干法甩丝并获得前躯体纳米丝，然后将前躯体纳米丝置于管式炉中，通过程序控温条件下的水蒸汽活化得到具有发达孔结构的二氧化钛纳米丝。
3.根据权利要求1所述的一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，其特征在于：所述紫外灯有三个，均外包石英套管，石英套管通过六角螺栓铰接在反应筒左侧。
4.根据权利要求1所述的一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，其特征在于：还包括开关，开关与紫外灯线路连接。
5.根据权利要求1所述的一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，其特征在于：所述进水口设在石英外筒底部，出水口设在石英外筒顶部。
说明书
一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水 消毒净化装置
技术领域
本发明涉及一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，属于生活污水消毒净化领域。
背景技术
生活污水常含有细菌、病原体等致病微生物，污水消毒是确保处理污水卫生安全性的重要程序。目前较普遍的消毒方法是液氯消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒。氯的反应性强，易与水中有机物发生取代和氧化反应，产生卤代烃等具有致畸、致癌、致突变性的“三致”副产物并降低消毒效能。氯消毒还会产生氯臭和氯酚臭，对设备、管道也有一定的腐蚀作用;二氧化氯易爆炸，需现场制备，即时使用，其消毒副产物亚氯酸根ClO2-对人体具有毒性;紫外线消毒不能提供持续消毒能力，微生物自身的修复机制可使处理水中的细菌及病原体产生光复活，从而导致出水的微生物指标不能满足排放或回用的水质要求。此外，在处理含有机物较多的污水时，现行的消毒方法不具备深度矿化的净化能力。为适应人们对水质消毒标准不断提高的要求，亟待寻求更安全、更经济且更有效的新型消毒方法及其适配装置。
二氧化钛是一种来源广泛、化学和机械稳定性高的广谱光催化剂。在光照条件下进行的生活污水二氧化钛光催化反应，具有杀菌迅速、杀菌能力强、可同时矿化有机污染物且不产生二次污染等特点。不仅能有效杀灭细菌，还能分解细菌死亡后释放出的内毒素等脂类物质。然而，迄今采用的光催化消毒器以悬浮相光催化体系为主，存在着二氧化钛微粉易凝聚、难回收及透光率低等缺点，而继后发展的固定相光催化消毒技术在解决催化剂分离回收问题的同时，却大大降低了其光催化活性，且存在着催化剂负载不牢等不足。
发明内容
针对上述现有技术的不足以及传统消毒设备杀菌能力低、易产生二次污染、污水净化能力差、光催化剂难分离和难固定等问题，本发明提供了一种操作方便、高效低耗的全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种全天候二氧化钛纳米丝光催化污水消毒净化装置，包括石英外筒、紫外灯，其中，石英外筒两端由反光板密封，石英外筒内设有至少一层铝网套筒;铝网套筒的间隙内填充二氧化钛纳米丝;紫外灯设在石英外筒内，其外包有石英套管;石英外筒上设有进水口和出水口。
所述二氧化钛纳米丝是通过以下方法制备的：
(1)将钛酸四丁酯加入到乙酰乙酸乙酯和异丙醇的混合溶液中，其中，钛酸四丁酯、乙酰乙酸乙酯和异丙醇三者的摩尔比为1∶(0.2～0.6)∶(6～12)，优选1∶0.4∶9，在氮气气氛下回流1～1.5h制得溶液A;
(2)将水和异丙醇混合制得溶液B，其中，水和异丙醇的摩尔比为1∶(3～7)，优选1∶4;
(3)在氮气保护下，将溶液B逐滴加到溶液A中，然后通过蒸馏弃去副产的异丙醇并获得中间体聚合钛，经140～150℃干燥得到黄棕色粉末;
(4)将上述得到的黄棕色粉末溶解在四氢呋喃中，并加入正硅酸乙酯，硅元素与钛元素的摩尔比为(0.05～0.2)∶1，优选0.15∶1，回流1～1.5h，离心分离得到均匀稳定的二氧化钛溶胶;
(5)上述溶胶经旋转蒸发得到粘度为2Pa·s的纺丝液，然后将纺丝液注入离心甩丝装置，以5500～6500rpm的转速干法甩丝并获得前躯体纳米丝，然后将前躯体纳米丝置于管式炉中，通过程序控温条件下的水蒸汽活化得到具有发达孔结构的二氧化钛纳米丝。
所述紫外灯，优选三个，均外包石英套管，石英套管通过六角螺栓铰接在反应筒左侧。
所述污水消毒净化装置还包括开关，开关与紫外灯线路连接。
所述进水口设在石英外筒底部，出水口设在石英外筒顶部。
使用时，与现有技术中的砂滤装置连接，砂滤装置内，上层填充石英砂，下层填充鹅卵石，砂滤装置的出水口与本发明的污水消毒净化装置的进水口连接。工作流程为：待消毒污水首先进入内填石英砂的砂滤装置进行初滤，初滤后，污水进入本发明的二氧化钛光催化消毒净化装置，在光照(太阳光或紫外光)的作用下，初滤后的污水与二氧化钛纳米丝充分接触的同时发生光催化消毒和氧化反应，消毒与净化后的处理水由出水口排出。
本发明的消毒净化装置的左右两侧各设一块反光板，材质为高抛光铝板，保证可以充分利用太阳光。石英外筒具有优良的透光性，在白昼日光充足时可直接采集太阳光作为自然光源。当日光不足时，可以开启开关，选用1～2个紫外灯作为人工光源。当遇有阴雨天或在夜晚无太阳光时，开启全部紫外灯，以保证反应的顺利进行。
本发明具有以下优点：
1、采用二氧化钛纳米丝做填充介质，具有易固定、易分离、易回收、耐水流冲击负荷高等优点;
2、光催化反应可以杀灭致病菌及其内毒素，杀菌能力强、杀菌彻底且可同时矿化水中的有机污染物;
3、纳米丝光催化剂可重复使用，操作简单且管理方便;
4、综合利用太阳光与紫外光，实现全天候杀菌，节约能源;
5、同时具备污水消毒和深度净化的双重效能。
