專利名稱：聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種太陽能利用及污水處理領域的光催化反應裝置，特別是一種把太陽能應用于污水處理領域而設計的聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器。
背景技術(shù)：
工業(yè)及生活廢水的成分及其處理過程非常的復雜，現(xiàn)有的處理工藝如生物法，物理法，化學法等都存在不同程度的缺點，不能完全滿足廢水處理的要求。而光催化處理技術(shù)著眼于完全礦化廢水中的有機物，是一種新型的環(huán)境友好型的污水處理技術(shù)。TiO2是使用最為普遍的一種催化劑，但必須在紫外光照射下才能激發(fā)而發(fā)揮催化作用。因此最大限度地提高光源的利用率和選擇合適的光催化劑及載體是所設計的反應器能否具有工業(yè)化應用前景的關鍵。
已有的光催化反應器大多是以紫外燈為光源設計而成。紫外燈不但價格高、耗能大，且燈管長度較短等，限制了這類反應器的工業(yè)化應用。而以太陽能為光源的反應器目前多為非聚焦型，這類反應器雖然也利用了廉價、清潔的太陽能，但由于反應器沒有設置合理的聚光裝置，對太陽能的利用率較低。
其次，大多數(shù)太陽光反應器使用氧化鈦固體粉為催化劑分散在污水中形成懸浮體系，這種反應體系雖然有良好的表面吸附和反應性能，但由于懸浮態(tài)的光催化劑很難回收利用，且流失較大，嚴重阻礙了這類反應器的工業(yè)化應用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有光催化反應裝置的缺點和不足，提供一種具有聚光裝置，通過直射和聚光板的反射，使圓柱型光催化反應器的整個圓周上都可得到太陽光的照射，有效提高太陽能利用率；采用玻璃彈簧為載體的TiO2膜光催化劑，可使紫外光在催化床中的光通距離與玻璃微珠相比，提高到6倍，有效提高了太陽光能的利用率和光催化效率，從而使太陽能光催化處理廢水的工業(yè)化應用成為可能。
為了達到上述目的，本實用新型光催化反應器由反應系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和固定系統(tǒng)三個功能部分聯(lián)動組裝而成，其主體結(jié)構(gòu)包括溫度計、反應管(管內(nèi)裝有玻璃彈簧)、出水管、聚光板、滑套、固定支架斜面、光催化劑墊層、反應管托板、進水管、循環(huán)泵、儲液槽、底座和萬向輪等。反應系統(tǒng)包括管內(nèi)裝有玻璃彈簧的反應管、儲液槽和循環(huán)泵；反應管直徑為4.5cm～10cm，管壁厚0.2～0.3cm，高60cm的硼酸鹽玻璃管，管內(nèi)裝有負載型TiO2光催化劑和玻璃彈簧載體，玻璃彈簧絲的直徑為0.2～0.8mm，玻璃彈簧的中徑為3～6mm，螺距為0.4～0.8mm，自由高度為7～15mm；TiO2光催化劑是用溶膠-凝膠法通過焙燒固定在玻璃彈簧上，鍍膜層數(shù)為3～8層，TiO2光催化劑固定在玻璃彈簧上，不僅解決了懸浮粉狀TiO2光催化劑不易回收重復利用，易流失的弊端，而且紫外光在反應器中的穿透距離與玻璃微珠相比增加至6倍。解決了催化劑載體阻擋光傳播的問題。反應管用鐵絲固定在固定支架斜面上。
循環(huán)泵為潛水泵，其最大的楊程為3.0m，最大流量為1500L/h，功率為100W。儲液槽為體積為3.5升的玻璃器皿；循環(huán)泵放在儲液槽中，儲液槽與反應管之間經(jīng)循環(huán)泵及進、出水管連接，構(gòu)成通路使反應液從反應管的底部流入，再從反應管的頂部流出形成循環(huán)流動。
聚光系統(tǒng)是一個高60cm，寬40cm的拋物面聚光板。該聚光板是由反射性很強的鏡面不銹鋼板制成，用以加強紫外光的反射及聚焦，使紫外線的反射率達到60～70％。聚光系統(tǒng)固定在固定支架斜面下方，使太陽光經(jīng)由拋物面反射而集中照射處于焦點的硼酸鹽玻璃反應管上。使反應管不但可以利用直射光及反射光，而且使得光的強度通過聚焦而加強。太陽光的利用率提高了3～4倍，很好的解決了太陽光的利用率的問題。
固定系統(tǒng)用堅硬的木質(zhì)板制作成太陽雙軸跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由長方形框架式固定支架斜面和長方形固定支架底座組成。長方形框架式固定支架斜面下端用螺絲安裝在底座上并與底座的夾角可調(diào)，固定支架斜面與底座的夾角通過滑套調(diào)節(jié)；反應管及拋物面聚光板用鐵絲固定在固定支架斜面邊框上，使反應管處在拋物面聚光板點焦線上，固定系統(tǒng)的底座為長方形木質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，四角裝有萬向輪，可調(diào)節(jié)反應管的方位角，使太陽光始終垂直于固定支架斜面的平面，使太陽光的利用率進一步提高。工業(yè)化應用時，反應系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和固定系統(tǒng)三者皆可進行相應放大。
本實用新型提供了一種新型、高效實用的太陽能光催化處理廢水的反應器，該反應器按一定比例放大后可應用于更大的工業(yè)化廢水處理場合，具有原理可靠，制造結(jié)構(gòu)簡單，反應效果好，廢水處理效率高等優(yōu)點。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
本實用新型整體結(jié)構(gòu)由反應系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和固定系統(tǒng)三個功能部分組成，其主體結(jié)構(gòu)包括溫度計1、聚光板2、反應管(管內(nèi)裝有玻璃彈簧4)3、反應管托板5、底座6、萬向輪7、滑套8、固定支架斜面9、出水管10、光催化劑墊層11、儲液槽12、進水管13和循環(huán)泵14等。反應系統(tǒng)由反應管3、儲液槽12、循環(huán)泵14三部分組成。反應管3位于裝置的焦線上，反應管3內(nèi)充滿了以玻璃彈簧4為載體的負載型光催化劑，反應管3內(nèi)有墊層11使填充的光催化劑固定，反應管3和聚光板2固定在固定支架斜面9上，反應管3與聚光板2平行，固定支架斜面9上制有調(diào)節(jié)反應管仰角的滑套8，固定支架底座6四角制有可調(diào)節(jié)反應管方位角的萬向輪7。
本實用新型的具體實施例如下實施例1一種新型太陽光光催化劑處理廢水反應器。反應系統(tǒng)的玻璃管直徑為4.5cm，管壁厚0.2cm，高60cm的硼酸鹽玻璃管，管內(nèi)裝有負載型TiO2光催化劑270克，載體為玻璃彈簧，玻璃彈簧絲的直徑為0.5mm，玻璃彈簧的中徑為4.5mm，螺距為0.6mm，自由高度為8mm，TiO2光催化劑是用溶膠-凝膠法通過焙燒固定在玻璃彈簧上，最佳鍍膜層數(shù)為5層；循環(huán)泵為潛水泵，其最大的楊程為3.0m，最大流量為1500L/h，功率為40W。聚光板為鏡面拋物面型反射板，反應管及聚光板固定在固定支架斜面上，固定系統(tǒng)為雙軸太陽光跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可同時改變反應管的方位角及仰角。該裝置處理活性黃棕K-GR模擬廢水3L，濃度15mg/L，pH為3。在平均太陽光強度在1200μw/cm2時，光降解3h時，脫色率達到95％。
實施例2另一種新型太陽光光催化劑處理廢水反應器。反應系統(tǒng)的玻璃管直徑為10cm，管壁厚0.3cm，高60cm的硼酸鹽玻璃管，管內(nèi)裝有負載型TiO2光催化劑1100克，載體為玻璃彈簧，玻璃彈簧絲的直徑為0.5mm，玻璃彈簧的中徑為4.5mm，螺距為0.6mm，自由高度為12mm，TiO2光催化劑是用溶膠-凝膠法通過焙燒固定在玻璃彈簧上，最佳鍍膜層數(shù)為5層，循環(huán)泵為潛水泵，其最大的楊程為3.0m，最大流量為3000L/h，功率為120W。聚光板為鏡面拋物面型反射板，反應管及聚光板固定在固定支架斜面上，固定系統(tǒng)為雙軸太陽光跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可同時改變反應管的方位角及仰角。該裝置處理活性深藍廢水，儲液槽中活性深藍模擬廢水15L，濃度15mg/L，pH為3。在平均太陽光強度在1320μw/cm2時，光降解6h時，脫色率達到96％。
權(quán)利要求1.一種聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器，其主體結(jié)構(gòu)包括反應系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和固定系統(tǒng)，其特征在于反應系統(tǒng)包括管內(nèi)裝有玻璃彈簧的反應管、儲液槽和循環(huán)泵，光催化劑經(jīng)溶膠-凝膠法通過焙燒固定在玻璃彈簧上，反應管固定制于固定支架斜面上；儲液槽中放置循環(huán)泵，儲液槽與反應管之間經(jīng)循環(huán)泵及進、出水管連接構(gòu)成通路，由鏡面不銹鋼板制成的拋物面狀聚光板固定在固定支架斜面下方；木質(zhì)太陽雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)的固定系統(tǒng)包括長方形框架式固定支架斜面和底座，斜面下端安裝在底座上并通過滑套與底座夾角可調(diào)；反應管和聚光板固定在固定支架斜面邊框上，底座四角裝有萬向輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器，其特征在于內(nèi)部裝有玻璃彈簧的反應管直徑為4.5～10cm，管壁厚為0.2～0.3cm，高60cm的硼酸鹽玻璃管，管內(nèi)裝有負載型TiO2光催化劑和玻璃彈簧載體；玻璃彈簧上光催化劑鍍膜層數(shù)為3～8層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器，其特征在于內(nèi)部裝有玻璃彈簧的反應管與聚光板平行。
專利摘要本實用新型涉及一種聚焦型太陽光光催化處理廢水反應器，應用于太陽能利用和污水處理領域，反應器的主體結(jié)構(gòu)由反應系統(tǒng)、聚光系統(tǒng)和固定系統(tǒng)三個功能部分組合而成，由反應管、儲液槽和循環(huán)泵流體連通式組成反應系統(tǒng)，反應管固定在固定支架斜面上，循環(huán)泵置于儲液槽中；拋物面狀聚光板固定在固定支架斜面下方，固定系統(tǒng)由長方形框架式固定支架斜面和底座組成，斜面下端安裝在底座上并經(jīng)過滑套與底座夾角可調(diào)，底座四角裝有萬向輪。本實用新型具有原理可靠，結(jié)構(gòu)簡單，反應效果好，處理效率高等優(yōu)點，是一種高效實用的廢水處理反應器。
文檔編號C02F1/30GK2885837SQ20062008185
公開日2007年4月4日 申請日期2006年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者劉振儒, 暴勇超, 趙江霞, 王培霞, 趙春祿 申請人:青島科技大學