專利名稱：紫外光催化消解器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于理化分析、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域樣品的預(yù)處理以及光催化效能評估等的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種紫外光催化消解器。
背景技術(shù)：
光催化半導(dǎo)體氧化的深度水處理，是目前最為綠色的環(huán)保新技術(shù)之一。其實現(xiàn)的原理是催化劑在選擇性光照射后，在催化劑表面產(chǎn)生光生電子(e)和空穴(h)。進(jìn)而，與其周圍的水分子及溶解氧等進(jìn)一步反應(yīng)，誘導(dǎo)生成的超氧基(02_·)、羥自由基(0H·)等氧化自由基，與空穴一道，光催化具有最高的電位，氧化能力極強，可將水中的有機物或還原態(tài)分子氧化分解成二氧化碳和水等，從而達(dá)到樣品氧化消解的目的。光催化消解具有深度氧化，經(jīng)濟(jì)成本低的特點優(yōu)勢。而，受制于或催化劑分離或熱 力學(xué)傳質(zhì)影響或大功率紫外光源使用安全等因素，商品化的裝置并未普及使用。其問題的關(guān)鍵即是操作的安全性和適用性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種紫外光催化消解器，采用催化劑氣懸的拋棄式使用，充分發(fā)揮納米催化劑懸浮態(tài)反應(yīng)的傳質(zhì)優(yōu)勢，進(jìn)而在有限的反應(yīng)器空間盡可能降低紫外光強，實現(xiàn)常溫常壓下，氣動懸浮的光催化安全消解作用，整合實現(xiàn)了高效低耗的光催化操作環(huán)境和符合人體工學(xué)設(shè)計界面的安全使用要求。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種紫外光催化消解器，包括中空的柱狀反應(yīng)器1，反應(yīng)器I內(nèi)設(shè)帶有光源管3的單端石英套管2，反應(yīng)器I的底端與適配器5頂端螺紋旋接，單端石英套管2穿入適配器5頂面上的圓口 53并固定在適配器5中，適配器5頂面上鉆有多個接通至中部緩沖蓋分配器52的針孔5 1，緩沖蓋分配器52的底位出嘴接Y型三通13的C端，Y型三通13的A端接載氣源10，Y型三通13的B端接排液，在氣路上設(shè)置有單向閥7流量計6，液路上設(shè)置有電磁閥8。所述反應(yīng)器I由金屬鈦或內(nèi)飾的氟功能材料或高級不銹鋼或其他高分子惰性材料制成。所述反應(yīng)器I內(nèi)徑小于50mm。所述反應(yīng)器I頂端設(shè)置有孔徑1_的安全網(wǎng)漏4。所述小孔51的孔徑小于1mm。所述單端石英套管2的下端于適配器5的下蓋緊固。所述液路排口端設(shè)置面板出口水嘴12。所述載氣源10和光源管3接時控器9，由時控器9設(shè)定反應(yīng)時間。所述消解器設(shè)有自復(fù)位沖洗開關(guān)11，可強制性優(yōu)先開啟。本發(fā)明以小功率紫外安全光源，短光程的高效氧化環(huán)境；適配器氣、液室緩沖蓋的設(shè)計，完成一轉(zhuǎn)多連接，并結(jié)合三通組件切換氣動和排液轉(zhuǎn)換；自復(fù)位的開關(guān)流路優(yōu)先沖洗的設(shè)計；樣品可選擇O. 45um過濾后測定。氣動攪拌的納米二氧化鈦混晶(如德固賽P-25)或其他催化劑懸浮態(tài)反應(yīng)，拋棄式使用，實現(xiàn)高效安全的光催化氧化目標(biāo)。。該紫外光催化消解器設(shè)計，具有開放式多通道的可塑性，操作安全簡便。在例如傳統(tǒng)的高溫強酸強氧化劑消解取代、一般性樣品的氧化與處理、離子色譜的非酸消解、水樣測定中元素的絡(luò)合影響以及總氮、總磷、水質(zhì)C0D、微痕量AAS、ICP、電化學(xué)伏安法測定等方面均有廣泛的應(yīng)用價值。


圖I為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2_a為本發(fā)明適配器正視圖。
圖2_b為本發(fā)明適配器俯視圖。圖3_a為本發(fā)明紫外光催化消解器的操作流程圖。圖3_b為本發(fā)明紫外光催化消解器的操作結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I、圖2所示，本發(fā)明消解器包括中空的柱狀反應(yīng)器1，反應(yīng)器I由金屬鈦或內(nèi)飾氟功能材料或高級不銹鋼或其他高分子惰性材料制成，內(nèi)徑小于50_，頂端設(shè)置有孔徑Imm的安全網(wǎng)漏4。反應(yīng)器I內(nèi)設(shè)帶有光源管3的單端石英套管2，反應(yīng)器I底端與適配器5頂端螺紋旋接，適配器5為紡錘形，其底端有端蓋，頂端面上開有圓口 53，單端石英套管2穿入圓口 53中，然后下端于固定密封于適配器5底蓋緊固中。適配器5的頂端面上在圓口53的周圍鉆有多個孔徑小于為1_的針孔51，針孔51與緩沖蓋分配器52連通，緩沖蓋分配器52為一個帶有底位出嘴的凹槽口的空心柱體，位于適配器5中部，密封并頂部與針孔51連通。，出口位于底部的出口，接Y型三通13的C端，Y型三通13的A端接載氣源10，載氣源10內(nèi)的載氣由流量計6控制流量，可選擇有氧、無氧或超氧臭氧做氣源。Y型三通13的B端接排液，在氣路上設(shè)置有單向閥7，液路上設(shè)置有電磁閥8，液路排口端設(shè)置出口水嘴12，位于消解器面板的相對低位。上述的載氣源和光源管3接時控器9，由時控器9設(shè)定反應(yīng)時間。消解器另有自復(fù)位沖洗開關(guān)U，可強制性優(yōu)先開啟。載氣源10中的載氣可選擇空氣或臭氧以及氮氣等，經(jīng)流量計6、單向閥7通入反應(yīng)液底部，實現(xiàn)催化劑的氣動式混合。有氧氣體給光催化反應(yīng)提供足夠的光生電子受體，抑制空穴一電子的復(fù)合。同時氧分子接受電子后，形成具有極強氧化能力的超氧自由基或羥基自由基，其對光催化氧化反應(yīng)具有促進(jìn)作用。此外，臭氧較氧氣具有更強的氧化性，與光催化結(jié)合可產(chǎn)生并用的相乘作用。氮氣攪拌則對于COD等的當(dāng)量定量是必要的。如圖3所示，本發(fā)明于常溫常壓、開放式的紫外光催化消解器操作使用過程如下(I)稱取適量的催化劑(如德固賽P-25)加于反應(yīng)器I中，或與樣品按反應(yīng)要求混合后一并加入。可選的混晶納米二氧化鈦催化劑反應(yīng)濃度為1 3g/L。因液路通道有Imm內(nèi)徑的多孔要求，樣品需要相應(yīng)的預(yù)處理保證。(2)用時控器9設(shè)定光催化反應(yīng)時長，并啟動反應(yīng)，光源3開啟、載氣源10中的載氣同步在調(diào)節(jié)流量下(0.5 1LPM)運行。此時，排液電磁閥8處于關(guān)閉狀態(tài)。與適配器5旋接的反應(yīng)器I的內(nèi)底部，載氣由適配器5的針孔51多孔面溢出，形成氣動懸浮的光催化反應(yīng)狀態(tài)。(3)由時控器9設(shè)定的時長反應(yīng)完畢,光源3、載氣將受控關(guān)閉。(4)打開液路電磁閥開關(guān)8，(檢測此時自復(fù)位沖洗開關(guān)11處于關(guān)的位置。)消解器頂端反應(yīng)器I中的反應(yīng)液體，自面板上相對低位的液路出口水嘴12導(dǎo)出，收集后，按需要過濾測定，或收集、拋棄。(5)待液體排空后，按自復(fù)位沖洗開關(guān)11，重復(fù)沖洗管路。(6)重新設(shè)定反應(yīng)時長，關(guān)閉液路電磁閥8的開關(guān)，準(zhǔn)備下一個樣品消解，同步驟(I)。注意當(dāng)液路排出不暢時，可隨時按壓自復(fù)位沖洗開關(guān)11導(dǎo)通。 當(dāng)消解器設(shè)計為研究性R，可實現(xiàn)單光源光化學(xué)、單催化劑吸附等的實驗比較。此時，上述的學(xué)習(xí)型S的載氣不再與時控器9聯(lián)動，而以自復(fù)位沖洗開關(guān)11共享。而此時復(fù)位沖洗開關(guān)11改用自鎖型。進(jìn)一步研究，每次可選用超純水或下一樣品換洗系統(tǒng)；通常的樣品量可達(dá)250ml (45mm鈦管)以內(nèi)，樣品收集據(jù)所需可以選同質(zhì)舍取；催化劑為高純納米二氧化鈦時，則不適于樣品中鈦成分測定。其他催化劑同理。
權(quán)利要求
1.一種紫外光催化消解器，包括中空的柱狀反應(yīng)器(1)，其特征在于，反應(yīng)器(I)內(nèi)安裝帶有光源管(3 )的單端石英套管(2 )，反應(yīng)器(I)的底端與適配器(5 )頂端螺紋旋接，單端石英套管(2)穿入適配器(5)頂面上的圓口(53)并固定在適配器(5)中，適配器(5)頂面上鉆有多個接通至中部緩沖蓋分配器(52)的針孔(51)，緩沖蓋分配器(52)的底位出嘴接Y型三通(13)的C端，Y型三通(13)的A端接載氣源(10)，Y型三通(13)的B端接排液，在氣路上設(shè)置有單向閥(7)和流量計(6)，液路上設(shè)置有電磁閥(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述反應(yīng)器(I)由金屬鈦或內(nèi)飾氟功能材料或高級不銹鋼或其他高分子惰性材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述反應(yīng)器(I)內(nèi)徑小于 50mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述反應(yīng)器(I)頂端設(shè)置有孔徑Imm的安全網(wǎng)漏(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述小孔(51)的孔徑小于Imnin
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述單端石英套管(2)的下端密封于適配器(5)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述液路排口端設(shè)置面板出口水嘴(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述載氣源(10)和光源管(3)接時控器(9)，由時控器(9)設(shè)定反應(yīng)時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紫外光催化消解器，其特征在于，所述消解器設(shè)置自復(fù)位沖洗開關(guān)(11)，可強制性優(yōu)先啟動。
全文摘要
一種紫外光催化消解器，包括中空的柱狀反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)帶有光源管的單端石英套管，反應(yīng)器的底端與適配器頂端螺紋旋接，單端石英套管穿入適配器頂面上的圓口并固定在適配器中，適配器頂面上鉆有多個接通至中部緩沖蓋分配器的針孔，緩沖蓋分配器的底位出嘴接Y型三通的C端，Y型三通的A端接載氣源，Y型三通的B端接排液，在氣路上設(shè)置有單向閥和流量計，液路上設(shè)置有電磁閥，本發(fā)明以小功率紫外安全光源，短光程的高效氧化環(huán)境；通過一轉(zhuǎn)多的適配器連接，三通組件的氣動和排液轉(zhuǎn)換及流路沖洗而設(shè)計完成，本裝置具有開放式多通道的可塑性，操作安全簡便。
文檔編號G01N1/44GK102759477SQ20121021571
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者孔祥虹, 朱維晃, 葛暢, 葛碧洲 申請人:西安建筑科技大學(xué)