申请日2020.09.28
公开（公告）日2021.02.12
IPC分类号B01J23/63; C02F1/32; C02F1/72
摘要
本发明公开了一种污水消毒装置及消毒方法，涉及光催化及污水处理技术领域。该污水消毒装置包括：反应器，其上设有进液口和出液口，内壁涂覆有光催化剂涂层；紫外灯，插装于上述反应器内，沿反应器的轴线方向延伸。本发明制得的污水消毒装置，利用光催化剂和紫外光协同作用，具有优异的杀菌效率；可将细菌、病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水，将其彻底杀死，且可有效抑制其光复活现象。
权利要求书
1.一种污水消毒装置用光催化剂，包括：
过渡金属掺杂镧锡烧绿石，其中过渡金属包括Os、Hf、Eu，物质的量比为0.2～0.3：0.4～0.7：1；
氧化石墨烯。
2.权利要求1所述的一种污水消毒装置用光催化剂的制备方法，包括：
S1：分别取SnCl4·5H2O和La(NO3)3·6H2O与权利要求1所述过渡金属硝酸盐溶于离子水，加热，加入NaOH溶液，不断搅拌，得到白色沉淀混合液A和B；
S2：将所述沉淀混合液A和B混合，加入柠檬酸、乙二醇，调节pH，水浴加热形成溶胶；
S3：向所述溶胶中加入氧化石墨烯，超声、真空干燥，煅烧、研磨得到光催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种污水消毒装置用光催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中SnCl4·5H2O、La(NO3)3·6H2O和过渡金属的物质的量之比为1：0.8～0.9：0.1～0.2；
所述步骤S2中柠檬酸、乙二醇加入的物质的量与SnCl4·5H2O、La(NO3)3·6H2O的比为1.2：2.4：1：0.8～0.9；所述pH值为2.5～3；
所述步骤S3中氧化石墨烯的质量与SnCl4·5H2O的物质的量之比为0.4～1：1g/mol。
4.一种污水消毒装置，包括：
反应器(1)，所述反应器(1)具有进液口(2)和出液口(3)，其内壁涂覆有权利要求1所述的光催化剂涂层(4)；
紫外灯(5)，插装于所述反应器(1)内，沿反应器(1)的轴线方向延伸。
5.根据权利要求4所述的污水消毒装置，其特征在于：所述紫外灯(5)外设有石英管罩(6)；所述反应器(1)的一端设有曝气头(7)，另一端设有排气口(8)。
6.根据权利要求5所述的污水消毒装置，其特征在于：所述曝气头(7)的曝气量为1～1.2L/min。
7.根据权利要求4所述的污水消毒装置，其特征在于：所述光催化剂涂层(4)中光催化剂的用量为1.2～1.8g/L；进行光催化作用的时间为20～30min；
所述紫外灯(5)照射的辐照剂量为40～45mJ/cm2。
8.权利要求4～7任一项所述的污水消毒装置的消毒方法，包括：
使用所述污水消毒装置，废水从进液口(2)进入反应器(1)，在反应器(1)内紫外灯(5)照射的紫外光对废水杀菌消毒；其内壁上涂覆的光催化剂涂层(4)吸收紫外光发生光催化反应，氧化分解废水中的有毒复合物；经处理后的废水从出液口(3)中输出。
9.根据权利要求8所述的污水消毒装置的消毒方法，其特征在于：所述紫外灯(5)照射的辐照剂量为40～45mJ/cm2；光催化剂用量为1.2～1.8g/L，光催化反应的时间为20～30min；曝气头(7)曝气量为1～1.2L/min。
说明书
污水消毒装置及消毒方法
技术领域
本发明属于光催化及污水处理技术领域，具体涉及污水消毒装置及消毒方法。
背景技术
水污染问题已经成为我国经济社会发展的最重要制约因素之一，引起国家和地方政府的高度重视。造成我国水污染的原因是多方面和高度复杂的，涉及资金投入严重不足、管理体制不完善、监管与绩效管理不到位、关键技术与成套设备缺乏自主发展等方面。因此，研发一种投资少、处理效率高、运行费用低、便于操作管理的治理设备，带动水污染控制与治理行业的技术升级和产业发展，为国家和地方水污染控制与治理规划和工程建设提供强有力的技术支撑势在必行。
广泛应用的紫外线消毒出水微生物存在光复活现象，对用水安全具有潜在威胁。光催化水体净化技术主要利用羟基自由基对水中细菌、病毒、细菌孢子等有害物质进行彻底灭杀分解，具有高效、节能、清洁无毒等优点，是极具发展前途的一种水处理技术，在环境领域有着重要应用前景。但报道的光催化反应器主要是续批式，处理量较小，难以满足实际应用要求。因而研发高效灭菌、抑制微生物复活、处理能力满足实际应用需求的光催化反应器是解决上述问题的可行途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水消毒装置及消毒方法，该消毒装置具有优异的杀菌效率，使用安全、高效；将细菌、病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水，同时有效抑制其光复活现象。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种污水消毒装置用光催化剂，包括：
过渡金属掺杂镧锡烧绿石，其中过渡金属包括Os、Hf、Eu，物质的量比为0.2～0.3：0.4～0.7：1；
氧化石墨烯。过渡金属Os、Hf、Eu掺杂镧锡烧绿石，以部分取代的形式插入镧锡烧绿石的晶体晶格中，有利于掺杂能级的形成，减少电子跃迁所需的能量；使得复合材料的带隙宽度逐渐减小，改变带隙宽度；且可充当电子陷阱，抑制电子空穴对的复合，提高光生自由基的氧化还原电势，增强光催化活性。再与氧化石墨烯复合制得光催化剂，能够有效地转移电子并延长光生电子空穴的寿命，促进活性氧物质的生成，进一步提升光催化活性。应用于消毒装置中，利用光子诱导产生的强氧化性空穴或一系列反应生成的羟基自由基·OH分解破坏微生物的细胞壁、细胞膜甚至细胞内细胞质和遗传物质等，导致微生物的彻底死亡，具有优异的消毒效果。
一种污水消毒装置用光催化剂的制备方法，包括：
S1：分别取SnCl4·5H2O和La(NO3)3·6H2O与过渡金属硝酸盐溶于离子水，加热，加入NaOH溶液，不断搅拌，得到白色沉淀混合液A和B；
S2：将上述沉淀混合液A和B混合，加入柠檬酸、乙二醇，调节pH，水浴加热形成溶胶；
S3：向上述溶胶中加入氧化石墨烯，超声、真空干燥，煅烧、研磨得到光催化剂。
优选地，步骤S1中SnCl4·5H2O、La(NO3)3·6H2O和过渡金属的物质的量之比为1：0.8～0.9：0.1～0.2。
优选地，步骤S2中柠檬酸、乙二醇加入的物质的量与SnCl4·5H2O、La(NO3)3·6H2O的比为1.2：2.4：1：0.8～0.9；所述pH值为2.5～3。
优选地，步骤S3中氧化石墨烯的质量与SnCl4·5H2O的物质的量之比为0.4～1：1g/mol。
优选地，步骤S2中加入壳寡糖作为改性剂，壳寡糖的质量分数为0.8～1％。
壳寡糖的加入，提高了样品的比表面积和孔容；进一步改变过渡金属掺杂镧锡烧绿石的带隙宽度，提升光催化剂的催化活性，且可有效抑制细菌、病毒等的光复活现象；同时对光催化剂应用于消毒装置时的附着稳定性具有增强作用，提升抗水流冲击性能。
一种污水消毒装置，包括：
反应器，具有进液口和出液口，其内壁涂覆有光催化剂涂层；
紫外灯，插装于所述反应器内，沿反应器的轴线方向延伸。利用紫外光和光催化剂协同作用，有效提高杀菌消毒效率，解决阴影区消毒不彻底问题，将紫外光无法分解掉的病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水。
优选地，紫外灯外设有石英管罩。
优选地，反应器的一端设有曝气头，另一端设有排气口。
优选地，曝气头的曝气量为1～1.2L/min。
优选地，光催化剂涂层中光催化剂的用量为1.2～1.8g/L；进行光催化作用的时间为20～30min；
优选地，紫外灯照射的辐照剂量为40～45mJ/cm2。
污水消毒装置的消毒方法，包括：
使用上述污水消毒装置，废水从进液口进入反应器，在反应器内紫外灯照射的紫外光对废水杀菌消毒；其内壁上涂覆的光催化剂涂层吸收紫外光发生光催化反应，氧化分解废水中的有毒复合物；经处理后的废水从出液口中输出。
优选地，紫外灯照射的辐照剂量为40～45mJ/cm2；光催化剂用量为1.2～1.8g/L，光催化反应的时间为20～30min；曝气头曝气量为1～1.2L/min。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
过渡金属Os、Hf、Eu掺杂镧锡烧绿石，再与氧化石墨烯复合制得光催化剂，使得材料具有较窄的带隙宽度；可抑制电子空穴对的复合，提高光生自由基的氧化还原电势，促进活性氧物质的生成，增强光催化活性。壳寡糖的加入，进一步提升了光催化剂的催化活性，且可有效抑制微生物的光复活现象；同时增强附着稳定性，提升抗水流冲击性能。基于此制备的污水消毒装置，可利用光子诱导产生的强氧化性空穴或一系列反应生成的羟基自由基和超氧自由基，分解破坏微生物的细胞壁、细胞膜甚至细胞内细胞质和遗传物质等，将其彻底杀死，具有优异的消毒效果。
因此，本发明提供了提供一种污水消毒装置及消毒方法，该消毒装置具有优异的杀菌效率，使用安全、高效；将细菌、病毒内部有毒复合物直接分解为二氧化碳和水，同时有效抑制其光复活现象。
