一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝 置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國的水環(huán)境質(zhì)量狀況較差，其中以有機(jī)污染為主要的污染特征。針對(duì)水中有機(jī) 污染的去除已經(jīng)有了大量的研宄，包括吸附法、生物降解法以及氧化法等。其中，以高級(jí)氧 化為主要作用原理的光催化氧化法受到人們的廣泛關(guān)注。
[0003] 就光催化氧化方法而言，催化劑的種類及性質(zhì)是影響其處理效能的關(guān)鍵因素。二 氧化鈦是目前最常用的催化劑，其粒度大小及晶型直接影響著處理效果的好壞，納米級(jí)、銳 鈦型二氧化鈦是目前最有效的光催化劑之一。然而其在實(shí)際工程應(yīng)用中存在著回收困難， 出水水質(zhì)難以有效保障的問題，而且近期納米級(jí)二氧化鈦的毒性問題也是人們關(guān)注的焦 點(diǎn)。因此，迫切需要研發(fā)一種新的基于納米級(jí)二氧化鈦的新型、高效、安全性的催化方法及 裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝 置。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置，包括 主體、進(jìn)水單元、納米磁性二氧化鈦催化氧化單元、分離單元和出水單元；所述進(jìn)水單元設(shè) 于主體上方，所述進(jìn)水單元包括進(jìn)水管以及與進(jìn)水管連通的二氧化鈦補(bǔ)充口、鐵粉補(bǔ)充口 和炭粉補(bǔ)充口；所述納米磁性二氧化鈦催化氧化單元設(shè)于主體中部，采用完全混合形式，并 設(shè)置有充氣攪拌裝置；所述分離單元設(shè)于主體下部，包括分離裝置以及設(shè)于分離裝置上的 濾膜和濾膜下方的脈沖氣洗裝置，所述出水單元與分離單元直接連接。
[0006] 作為改進(jìn)，充氣攪拌裝置為穿孔曝氣管，曝氣管上的開孔尺寸為0. 5-1. 5mm，充氣 強(qiáng)度為 2-30L/m2 · s。
[0007] 作為另一種改進(jìn)，二氧化鈦補(bǔ)充口、鐵粉補(bǔ)充口和炭粉補(bǔ)充口投加的磁性納米二 氧化鈦、鐵粉、炭粉的質(zhì)量比為4:2:1?3:1:1，粒徑分別為10-100nm、1-10 μ m、1-10 μ m。
[0008] 作為另一種改進(jìn)，納米磁性二氧化鈦催化氧化單元中設(shè)置有一組紫外燈，相鄰紫 外燈間距為l〇 -20cm。
[0009] 作為另一種改進(jìn)，分離裝置為平行設(shè)置的2組以上孔徑為2-10 μπι的平面網(wǎng)狀截 留裝置，且每組截留裝置呈傾斜設(shè)置，傾斜角為100?150°。
[0010] 作為另一種改進(jìn)，脈沖氣洗裝置的氣洗強(qiáng)度為10-30L/m2.s、脈沖周期設(shè)置為 IOs ?IOmin0
[0011] 作為另一種改進(jìn)，分離單元的頂部設(shè)有電磁閥。
[0012] 作為另一種改進(jìn)，所述出水單元為L形彎管，其底部分別設(shè)置出水口和進(jìn)氣口，其 內(nèi)部填充粒徑10-30目的鐵粉作為濾層，濾層厚度為0. 2-0. 5m，濾速為l-8m/h。
[0013] 作為另一種改進(jìn)，所述濾膜的孔徑為1-10 μ m。
[0014] 本發(fā)明還提供了一種基于磁性納米二氧化鈦的組合光催化氧化方法，包括以下步 驟：
[0015] (1)將磁性納米二氧化鈦、鐵粉、炭粉投入權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的基于納米 磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置內(nèi)，作為復(fù)合催化氧化材料；
[0016] (2)在紫外燈光照射下，利用充氣攪拌裝置將溶液混合均勻并完成催化氧化反 應(yīng)；
[0017] (3)利用濾膜將催化氧化反應(yīng)材料截留并回流至納米磁性二氧化鈦催化氧化單元 內(nèi)；
[0018] (4)經(jīng)濾膜過濾后的水經(jīng)出水單元過濾，得凈化后的水。
[0019] 有益效果：本發(fā)明提供的光催化氧化裝置結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、使用方便、運(yùn)行 靈活、適用范圍廣，可較好地保障催化氧化效果及整體出水水質(zhì)，具有較好的推廣應(yīng)用前 景。
[0020] 具體而言，一方面，本發(fā)明通過采用具磁性的納米級(jí)二氧化鈦?zhàn)鳛榛镜拇呋瘎?從而較好地保障了催化氧化的效果；另一方面，本發(fā)明又創(chuàng)新性地將鐵粉以及較易被磁化 的碳粉引入到系統(tǒng)中，使鐵粉、碳粉、納米磁性二氧化鈦等物質(zhì)充分粘附在一起，形成較大 的、易截留的顆粒，便于后續(xù)分離單元的高效分離并可確保其截留效能；同時(shí)，鐵粉、碳粉的 加入在改善二氧化鈦分離效果的同時(shí)，可以有效利用二氧化鈦的磁性來改善鐵碳內(nèi)電解對(duì) 有機(jī)污染物的去除效果，進(jìn)一步強(qiáng)化裝置的整體處理效能。
[0021] 納米磁性二氧化鈦催化氧化單元中采用氣沖單元來進(jìn)行系統(tǒng)的攪拌，從而在保證 攪拌效果的同時(shí)，并可實(shí)現(xiàn)溶液的充氧過程，可在一定程度上強(qiáng)化催化氧化反應(yīng)。
[0022] 分離單元根據(jù)顆粒粒徑所優(yōu)選的截留孔徑范圍即可有效保障其對(duì)納米二氧化鈦、 鐵粉、碳粉所形成的粘結(jié)體的截留效能，同時(shí)可保證其基本的過水能力；分離單元所設(shè)置的 濾布或?yàn)V膜可設(shè)置成裝卸型以利于及時(shí)的更換；分離單元下方設(shè)置的脈沖氣沖洗裝置可及 時(shí)地將粘附于初步過濾單元濾膜上的顆粒沖洗掉并重新回到納米磁性二氧化鈦催化氧化 單元中，并可顯著降低氣沖所帶來的能耗。
[0023] 該裝置的初步分離單元中創(chuàng)新性地將濾膜傾斜設(shè)置，從而即避免了水平設(shè)置時(shí)水 流方向與截留物質(zhì)滑落方向截然相反，容易出現(xiàn)濾膜堵塞，過膜壓力急劇增加的缺陷，又可 充分濾膜下部的脈沖曝氣裝置將截留物質(zhì)沖洗回主體溶液，還可以對(duì)光催化氧化單元中的 水流方向起到引導(dǎo)的作用，從而確保了整個(gè)裝置的順利運(yùn)行。
[0024] 出水單元中根據(jù)磁性納米二氧化鈦的基本特性，設(shè)置了鐵粉過濾單元，從而可以 進(jìn)一步降低出水中納米級(jí)二氧化鈦出現(xiàn)的幾率，有效規(guī)避了納米材料應(yīng)用中所帶來的健康 風(fēng)險(xiǎn)；出水單元中針對(duì)鐵粉過濾層的反沖洗裝置的設(shè)置巧妙地利用所設(shè)置電磁閥的開閉來 實(shí)現(xiàn)濾層內(nèi)截留納米二氧化鈦的重新回流至納米磁性二氧化鈦催化氧化單元中，又可利用 反沖洗后段較清潔的水、氣來實(shí)現(xiàn)分離單元中濾膜的沖洗。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于納米磁性二氧化鈦催化劑的光催化裝置做出進(jìn)一步 說明。
[0027] 基于納米磁性二氧化鈦