一种可模块化组装的板式光催化反应装置和方法.pdf

本发明公开了一种可模块化组装的板式光催化反应装置和方法。本发明采用板式反应器与紫外光部件的可模块化组装工作方式，是以利用太阳能光伏发电、气力提水循环、增氧，及自然光、太阳能协同的无电费环保处理技术为特征的光催化氧化系统，具有结构简单、组装便捷、节能高效的实用特点。反应器与紫外光部件的多重单元组合，提高了系统流程和场地的适用范围(不同因子的多级反应、不规则工作场地的应用等)。本发明的实施，不仅适合工农业的水处理应用，还适用于环保、水产和绿地景观水域的水质净化。

权利要求书
1.  一种可模块化组装的板式光催化反应装置，其特征在于，由催化反应器、光源系统和催化剂载体构件组成；催化反应器为板式盒体，由U形槽体3、两侧端石英玻璃板1和紧固件2构成，U形槽体内腔面为镜面态；若干两端开口的提液管14通过网状固定板4呈倒L状置于催化反应器盒体内，输气管9一端通过控气阀15连通充气泵7，另端联接释气头8，释气头悬挂在提液管14内；光源系统包括紫外光部件和太阳能光伏动力系统，紫外光部件的UV-LED灯板25固定于设有把手24的支架5，两块UV-LED灯板背向而置，灯光均朝外照射；太阳能光伏电板20通过支撑架21安装于支架5两侧，可张开和收拢，太阳能光伏电板20、充放电控制器22和蓄电池23之间通过电路导线连接，形成太阳能光伏动力系统；催化剂载体构件6系表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片构成，并呈折叠状竖放填充于提液管14周围的反应槽10内；板式反应器与紫外光部件16相互间隔地组装于支架5中，提液管14上端口跨越紫外光部件16，伸向后节反应器上方，如此单元多重组合，最后设储存槽17，储存槽17的溢流口18和输液管13相连，输液管13另端与回流口11连通；首节反应器设进液阀12，末节储存槽17设出液阀19。

2.  一种可模块化组装的板式光催化反应方法，其特征在于，太阳能光伏电板接受日光照射后产生光伏直流电，在充放电控制器的保障下一则输入蓄电池储存备用，另则输送至UV-LED灯和直流充气泵，带动这些负载工作，催化反应器盒体内的被处理液体，与表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片接触，在侧面紫外光和顶部自然光线的照射下，玻璃丝基体网片表 面的光催化材料被光激发，产生高氧化反应，使接触到的被污染液体得到氧化降解；充气泵产生的含氧空气经过控气阀、输气管，被受控制地送至提液管中的释气头，大量微细气泡在管中不断上升，一边向液体释放氧分子，一边利用气泡表面产生的张力，携带液体呈气液混合态举出液面，被处理液体在提液管导流下，跨越紫外光部件，流入后节反应器，如此单元重复地向后多节流动，直至最后的储存槽，然后在液位差的作用下，流经溢流口和输液管，返回首节反应器，形成内循环回路，进行不断的深化处理，通过进液阀的不断添加和出液阀的等量输出，实现连续的生产处理流程。

说明书一种可模块化组装的板式光催化反应装置和方法
技术领域
本发明涉及一种可模块化组装的板式光催化反应装置和方法，具体为插板式光催化反应器和UV-LED灯板模块组合的连续性净水工艺，属于光催化反应的装备技术领域及紫外/可见光响应光催化剂的应用领域。
背景技术
光催化技术处理环境污染是一项具有广阔应用前景的绿色技术，目前国际上关注较多，主要体现在其高效、快速、廉价且对环境无害，其优点是反应条件温和、易操作，能直接利用太阳光。光催化能把自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，依靠半导体材料有效吸收光能产生具有极强还原能力和氧化能力的光生电子和空穴，在半导体催化剂表面发生直接或间接的氧化还原反应，最终将环境污染物彻底消除。几十年来，虽然国内外许多研究人员对光催化机理以及光催化材料做了大量的基础研究，取得了许多成果。从目前的研究来看，光催化技术实用化还有很长的一段路要走，原因在于现有光催化反应器的局限性以及对新型光催化反应器的研究不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种可模块化组装的板式光催化反应装置和方法。
本发明采用以下技术方案：
一种可模块化组装的板式光催化反应装置，由催化反应器、光源系统和催化剂载体构件组成；催化反应器为板式盒体，由U形槽体、两侧端石英玻璃板和紧固件构成，U形槽体内腔面为镜面态；若干两端开口的提液管通过网状固定板呈倒L状置于催化反应器盒体内，输气管一端通过控气阀连通充气泵，另端联接释气头，释气头悬挂在提液管内；光源系统包括紫外光部件和太阳能光伏动力系统，紫外光部件的UV-LED灯板固定于设有把手的支架，两块UV-LED灯板背向而置，灯光均朝外照射；太阳能光伏电板通过支撑架安装于支架两侧，可张开和收拢，太阳能光伏电板、充放电控制器和蓄电池之间通过电路导线连接，形成太阳能光伏动力系统；催化剂载体构件系表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片构成，并呈折叠状竖放填充于提液管周围的反应槽内；板式反应器与紫外光部件相互间隔地组装于支架中，提液管上端口跨越紫外光部件，伸向后节反应器上方，如此单元多重组合，最后设储存槽，储存槽的溢流口和输液管相连，输液管另端与回流口连通；首节反应器设进液阀，末节储存槽设出液阀。
一种可模块化组装的板式光催化反应方法，太阳能光伏电板接受日光照射后产生光伏直流电，在充放电控制器的保障下一则输入蓄电池储存备用，另则输送至UV-LED灯和直流充气泵，带动这些负载工作，催化反应器盒体内的被处理液体，与表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片接触，在侧面紫外光和顶部自然光线的照射下，玻璃丝基体网片表面的光催化材料被光激发，产生高氧化反应，使接触到的被污染液体得到氧化降解；充气泵产生的含氧空气经过控气阀、输气管，被受控制地送至提液管中的释气 头，大量微细气泡在管中不断上升，一边向液体释放氧分子，一边利用气泡表面产生的张力，携带液体呈气液混合态举出液面，被处理液体在提液管导流下，跨越紫外光部件，流入后节反应器，如此单元重复地向后多节流动，直至最后的储存槽，然后在液位差的作用下，流经溢流口和输液管，返回首节反应器，形成内循环回路，进行不断的深化处理。通过进液阀的不断添加和出液阀的等量输出，实现连续的生产处理流程。
本发明采用板式反应器与紫外光部件的可模块化组装工作方式，是以利用太阳能光伏发电、气力提水循环、增氧，及自然光、太阳能协同的无电费环保处理技术为特征的光催化氧化系统，具有结构简单、组装便捷、节能高效的实用特点。反应器与紫外光部件的多重单元组合，提高了系统流程和场地的适用范围(不同因子的多级反应、不规则工作场地的应用等)。太阳能光伏发电并驱动直流型气泵和UV-LED灯，不仅低压安全可靠，而且避免了装备在使用时的电缆拖累和材料浪费。气力提液用作循环动力，即节能，又搅动液体，加快介质接触反应面的更新，更增加了参与反应的氧分子，提高氧化降解效果；催化剂载体构件的网片折叠状竖放设计优点，体现于网片的大比表面积和分布的均匀性，使催化剂更易附着网片基体，光催化反应界面更大、更均匀，玻璃丝的透光和散光性能也增强了光催化效应；本发明采用侧向紫外光和顶部自然光的协同照射激励，再加上U形槽体内腔的镜面反射，使参与催化的光能量达到尽可能大。无二次污染，对生态环境友好，可持续应用的优势明显。本发明的实施，不仅适合工农业的水处理应用，还适用于环保、水产和绿地景观水域的水质净化。
附图说明
附图1是本发明结构示意图。
附图2是附图1的A－A剖视图。
附图3是附图2的C－C剖视图。
附图4是附图1的B－B剖视图。
附图5是本发明的电源线路框图。
图中：1石英玻璃板、2紧固件、3槽体、4固定板、5支架、6催化剂载体构件、7充气泵、8释气头、9输气管、10反应槽、11回流口、12进液阀、13输液管、14提液管、15控气阀、16紫外光部件、17储存槽、18溢流口、19出液阀、20光伏电板、21支撑架、22充放电控制器、23蓄电池、24把手、25UV-LED灯。
具体实施方式
下面结合附图1-5和实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
本发明的可模块化组装的板式光催化反应装置包括催化反应器、光源系统和催化剂载体构件。
催化反应器为板式盒体，由镜面不锈钢厚板制成U形槽体3、两侧端面覆盖石英玻璃板1，U形槽体3和石英玻璃板1之间夹隔U形密封胶板，通过若干紧固件2将两侧石英玻璃板夹紧固定，形成催化反应器的板式盒体；若干两端开口的提液管14通过网状固定板4呈倒L状置于催化反应器盒体内，输气管9一端通过控气阀15连通充气泵7，另端联接释气头8，释气头悬挂在提液管14内；光源系统包括紫外光部件和太阳能光伏动力系 统，紫外光部件的UV-LED灯板25固定于设有把手24的支架5，两块UV-LED灯板背向而置，灯光均朝外照射，作用于相邻两侧的反应器；所述的UV-LED灯板含若干个紫外线发光二极管，发光二极管的距离为15mm，形成紫外光矩阵，发光二极管发光光谱的中心波长365-375nm。紫外光部件整体外形与催化反应器相似，呈板式盒体状；太阳能光伏电板20通过支撑架21安装于支架5两侧，可张开和收拢，太阳能光伏电板20、充放电控制器22和蓄电池23之间通过电路导线连接，形成太阳能光伏动力系统；催化剂载体构件6系表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片构成，并呈折叠状竖放填充于提液管14周围的反应槽10内；被处理液与表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片接触，在侧面紫外光和顶部自然光线的照射下，玻璃丝基体网片表面的光催化材料被光激发，产生高氧化反应，使接触到的被污染液体得到降解处理。板式反应器与紫外光部件16相互间隔地组合插入于栏框构造的支架5中，提液管14上端口跨越紫外光部件16，伸向后节反应器上方，如此单元组合，重复向后排列，最后设储存槽17，储存槽17的溢流口18和输液管13相连，输液管13另端与回流口11连通；首节反应器设进液阀11，末节储存槽16设出液阀18；
太阳能光伏电板20接受日光照射后产生光伏直流电，在充放电控制器22的保障下一则输入蓄电池23储存备用，另则输送至UV-LED灯25和直流充气泵7，带动这些负载工作；被处理液体放入各催化反应器盒体，与表面涂覆有光催化剂的玻璃丝基体网片接触，在侧面紫外光和顶部自然光线的照射下，玻璃丝基体网片表面的光催化材料被光激发，产生高氧化反应，使接触到的被污染液体得到降解处理；充气泵7产生的含氧气体经控气阀 15、输气管9受控制地送至提液管14中的释气头8，以微细气泡形式释放被处理液体中，大量气泡在管中不断上升，一边向液体释放氧分子，一边利用气泡表面产生的张力，携带液体呈气液混合态举出液面，被处理液体在提液管14的导流下，跨越紫外光部件16，流入后节反应器，如此单元重复地向后多节流动，直至最后的储存槽17，然后在液位差的作用下，流入溢流口18，并经过输液管13，在回流口11处流返首节反应器，形成内循环回路，进行不断的深化处理；通过进液阀11的不断添加和出液阀18的等量输出，就可实现连续的生产处理流程。
玻璃丝基体网片表面涂覆TiO2薄膜催化剂：
条件为：以钛酸四正丁酯为钛源，硝酸和乙酰丙酮为水解抑制剂，去离子水为水解剂，聚乙二醇和1，5戊二醇添加剂。
用移液管移取4毫升钛酸四正丁酯，将其溶解在1毫升的乙酰丙酮中搅拌0.5小时制得溶液A。另取1g聚乙二醇、0.25g 1，5戊二醇、0.7g水溶解在32.5毫升乙醇中制得溶液B。溶液B缓慢滴加到溶液A中搅拌1小时，适量浓硝酸调节酸性，制得前驱溶胶。
将玻璃丝基体网片浸入上面配制好的溶胶中，最后，放在马弗炉内焙烧500℃，保温1小时，最后在炉内自然冷却至室温，即得到玻璃丝基体网片表面覆涂TiO2薄膜催化剂。
实施例2：
所述的玻璃丝基体网片表面的TiO2系光催化材料为掺杂Ag纳米颗粒的TiO2薄膜催化剂：
条件为：以钛酸四正丁酯为钛源，硝酸和乙酰丙酮为水解抑制剂，去离子水为水解剂，聚乙二醇和1，5戊二醇添加剂。
用移液管移取4毫升钛酸四正丁酯，将其溶解在1毫升的乙酰丙酮中搅拌0.5小时制得溶液A。另取1g聚乙二醇、0.25g 1，5戊二醇、0.7g水溶解在32.5毫升乙醇中制得溶液B。溶液B缓慢滴加到溶液A中搅拌1小时，适量浓硝酸调节酸性，制得前驱溶胶。
将玻璃丝基体网片浸入上面配制好的溶胶中，最后，放在马弗炉内焙烧500℃，保温1小时，最后在炉内自然冷却至室温，即得到玻璃丝基体网片表面覆涂掺杂Ag纳米颗粒的TiO2薄膜催化剂。