一种内置光源降解有机物的光催化反应装置

1.本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种内置光源降解有机物的光催化反应装置。


背景技术：

2.随着纺织业、印刷和农业的发展，工业废水中有机物降解已经成为一个亟需解决的工业问题。工业废水中包含大量的染料、油剂、助剂以及其它有毒有机物如甲基橙(mo)和甲基蓝(mb)，这类有机物自身不容易降解，严重影响水体内植物的光合作用，对生态和人类健康造成巨大危害。
3.光催化氧化工艺作为一种高级氧化技术，它具有降解效率高、能耗低、成本低和二次污染小的优点，已经成为一种新型绿色环保的环境治理技术。在光照条件工业废水中加入一定量的光敏半导体材料，这就形成了非均相催化氧化过程，光激发下光敏半导体表面的溶解氧、h02和电子-空穴对产生氧化性极强的自由基，自由基与羟基加合、取代、电子转移形成矿化物质。
4.传统的光催化处理工业废水技术在某些方面具有很多优点，但也存在一些缺点，包括以下几点：(1)光催化处理需要大量的能量和光照，光催化技术需要强烈的紫外线或可见光才能激活催化剂。因此，需要高能量的光源和长时间的光照，这增加了处理废水的成本。(2)光催化技术处理废水量有限：光催化技术处理废水的量是有限的，因为光照面积和光源功率等因素限制了废水处理的速率。(3)光透过率越高，光线穿透催化剂的能力越强，反应区域内的光强度越大，会使催化剂表面产生更多的电子-空穴对，从而提高反应速率和效率。
5.专利申请cn208292702u公开了一种循环间歇污水处理光催化反应器，包括反应罐，所述反应罐左侧靠近其底部的进水口通过连接管与污水罐连通，所述反应罐的底部和顶部分别开设有进气口和出气口，所述反应罐的内腔设有布气管，所述反应罐的左右两侧壁上还对称设有散射镜，所述反应罐的右侧靠近其顶部的出水口通过输送管与储水罐的顶部相连通，所述储水罐的侧壁固定安装有循环泵，该专利通过散射镜的使用提高光源的散射率，增加光催化反应过程中光源的辐射面积，提高光源的利用率；通过在反应罐内部设置布气管，通过气流扰动催化剂颗粒在罐内悬浮，增加反应液与催化剂之间的反应表面积，进而提高污水光催化反应的效率。但是其散射镜对称设于反应罐的左右两侧壁，且散射镜的外侧安装有反应光源，光源对反应罐中间穿透力减弱，且光线穿透的效果不均匀，影响光催化反应的效率，另外通过气流扰动增加反应液与催化剂之间的反应表面积的同时，对光的穿透也会造成影响。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，通过内置于反应器中的光源和催化剂，紫外光和催化剂能够协同作用，
提高反应器的效率，同时也减少了催化剂的浪费；通过玻璃球体之间形成无序的介孔结构，增加了反应器内表面积，提高了催化效果；玻璃球体能够增强紫外光源在污水中的透过率，使光线能够穿透反应区域，直接到达溶液中未被吸收的有机污染物，从而提高了反应器的效率，具有结构紧凑，反应高效，连续进行光催化反应且不需要停机，可操作性强的特点。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，包括反应器5及沉降槽1，沉降槽1的出水口3通过管路与反应器5顶部的进污口6相连通，反应器5底部设有排污口7；反应器5内部充填有玻璃球4，玻璃球4之间呈无序的介孔结构，玻璃球4内设有空腔4-6，空腔4-6内集成设置有电磁感应充电模块4-4、电能储存模4-5与光源模块4-3，电能储存模块4-5通过电磁感应充电模块4-4充电，且电能储存模块4-5给光源模块4-3提供电能，玻璃球4外覆有催化剂层4-1。
9.所述光源模块4-3、电磁感应充电模块4-4与电能储存模4-5分别对称安装于支撑板4-7的正面和背面，支撑板4-7设置于空腔4-6内。
10.所述电能储存模块4-5由锂电池组成。
11.所述催化剂层4-1采用二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆或硫化镉。
12.所述反应器5内填充的玻璃球4，下部的玻璃球的直径大于上部的玻璃球的直径。
13.所述下部玻璃球直径6cm-8cm，上部玻璃球直径2cm-4cm。
14.所述玻璃球4的空腔4-6一端用封堵盖4-2进行密封。
15.所述玻璃球4表面可设置为蜂窝状结构。
16.相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
17.本发明一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，通过将内置紫外光源模块4-3的玻璃球4随机填充在反应器5内，反应器5内上部分填充规格为2cm-4cm的玻璃球4下部分填充直径6cm-8cm玻璃球4，相邻玻璃球4之间能形成无序的介孔结构，反应器5内随机分布的玻璃球4可以实现光源均匀分布以及增强紫外光的透过率。具有优势如下：
18.(1)内置光源和催化剂：传统光催化反应器需要外部光源和催化剂，而本发明中的光源和催化剂都内置于反应器中，使得反应器更加紧凑和便于操作，同时也减少了催化剂的浪费。
19.(2)协同作用：本发明中的紫外光和催化剂能够协同作用，提高反应器的效率。相比传统光催化反应器，本发明在反应速率和效率之间能够找到更好的平衡点。
20.(3)无序介孔结构：本发明中的玻璃球体之间能够形成无序的介孔结构，增加了反应器内表面积，提高了催化效果。
21.(4)高光透过率：本发明中的玻璃球体能够增强紫外光源在污水中的透过率，使得光线能够穿透反应区域，直接到达溶液中未被吸收的有机污染物，从而提高了反应器的效率。
22.本发明中的内置光源降解有机物的光催化反应装置相比传统光催化反应器具有更高的效率和更好的操作性，可以更加有效地处理污水，具有广泛的应用前景。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
24.图1为本发明一种内置光源降解有机物的光催化反应装置结构示意图。
25.图2为本发明的玻璃球4透视图。
26.图3为本发明的电磁感应充电模块、电能储存模快和紫外光源模块安装示意图。
27.图4为本发明玻璃球体4表面的蜂窝状结构图。
28.图中:1-沉降槽；2-入水口；3-出水口；4-玻璃球；5-反应器；6-进污口；7-排污口；4-1-tio2催化剂；4-2-封堵盖；4-3紫外光模块；4-4电磁感应充电模块；4-5电能储存模；4-6-空腔；4-7-支撑板。
具体实施方式
29.以下结合附图对本发明公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
30.实施例1：
31.一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，包括沉降槽1和反应器5。沉降槽1的出水口3通过管路与反应器5顶部的进水口6相连通，反应器5底部设有排污口7，反应器5内部充填有玻璃球4，玻璃球4之间呈无序的介孔结构，玻璃球4内设有空腔4-6，空腔4-6内集成设置有电磁感应充电模块4-4、电能储存模块4-5和紫外光源模块4-3，电能储存模块4-5通过电磁感应充电模块4-4充电，且电能储存模块4-5给光源模块4-3提供电能，玻璃球4外覆有催化剂层4-1。
32.在本实施例中，反应器5内填充的玻璃球4，下部玻璃球4的直径大于上部玻璃球4的直径，下部玻璃球4直径6cm-8cm，上部玻璃球4直径2cm-4cm。
33.电能储存模块4-5由锂电池组成，通过电磁感应充电模块4-4进行充电。玻璃球4表面附着的催化剂4-1层采用tio2。玻璃球4的空腔4-6一端用封堵盖4-2进行密封。
34.反应器5呈方形棱台状，上端体积小，下端体积大。电磁感应充电模块4-4、电能储存模块4-5和紫外光源模块4-3各为两组分别对称安装在支撑板4-7的正面和背面的安装槽内。紫外光源模块4-3呈长方形，光源均匀分布在模块表面。
35.可以进一步改进玻璃球4的结构，将玻璃球4表面设计为如图4所示蜂窝状结构，以提高光催化反应的效果。
36.本发明工作原理为：
37.污水从入水口2进入沉降槽1，通过沉降槽1分离出悬浮颗粒物，处理后的污水从沉降槽1的出水口3被输送到反应器5的进污口6，进入反应器5的污水在玻璃球4表面形成膜状流动，紫外光源模块4-3发射紫外光，经过折射后紫外光被玻璃球4表面的催化剂4-1吸收，催化剂4-1与污水进行光催化反应，降解其中的有害物质，经过光催化反应后的污水通过反应器4的排污口7排出。
38.填充在反应器5上部的玻璃球4直径为2cm-4cm，下部的玻璃球4直径为6cm-8cm，这种设计有利于在反应器内形成负压，使污水在玻璃球表面形成膜状流动，从而提高光催化反应的效率；电能储存模块4-5由锂电池组成，用于为紫外光源模块4-3提供电能。锂电池具
有高能量密度、长寿命和环保等优点，是理想的电能储存设备。在紫外光源模块4-3工作时，电能储存模块4-5通过电磁感应充电模块4-4接收外部充电。电磁感应充电模块4-4无需直接连接电源，可以通过磁场感应实现充电功能。整个光催化反应器设备实现了无线充电，提高了系统的安全性和稳定性。
39.本发明的内置光源降解有机物的光催化反应装置可以在紫外光源的照射下，利用玻璃球内的催化剂对有机污染物进行高效降解。整个过程无需外接电源，安全性能高。此外，该装置具有结构简单、易于安装与维护、运行成本低等优点，具有广泛的应用前景。
40.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，包括反应器(5)及沉降槽1，沉降槽1的出水口(3)通过管路与反应器(5)顶部的进污口(6)相连通，反应器(5)底部设有排污口(7)；其特征在于，所述反应器(5)内部充填有玻璃球(4)，玻璃球(4)之间呈无序的介孔结构，玻璃球(4)内设有空腔(4-6)，空腔(4-6)内集成设置有电磁感应充电模块(4-4)、电能储存模(4-5)与光源模块(4-3)，电能储存模块(4-5)通过电磁感应充电模块(4-4)充电，且电能储存模块(4-5)给光源模块(4-3)提供电能，玻璃球(4)外覆有催化剂层(4-1)。2.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述光源模块(4-3)、电磁感应充电模块(4-4)与电能储存模(4-5)分别对称安装于支撑板(4-7)的正面和背面，支撑板(4-7)设置于空腔(4-6)内。3.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述电能储存模块(4-5)由锂电池组成。4.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述催化剂层(4-1)采用二氧化钛、氧化锌、氧化锡、二氧化锆或硫化镉。5.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述反应器(5)内填充的玻璃球(4)，下部的玻璃球的直径大于上部的玻璃球的直径。6.根据权利要求5所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述下部玻璃球直径6cm-8cm，上部玻璃球直径2cm-4cm。7.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述玻璃球(4)的空腔(4-6)一端用封堵盖(4-2)进行密封。8.根据权利要求1所述的内置光源降解有机物的光催化反应装置，其特征在于，所述玻璃球(4)表面可设置为蜂窝状结构。

技术总结
一种内置光源降解有机物的光催化反应装置，包括反应器及沉降槽，沉降槽的出水口通过管路与反应器顶部的进污口相连通，反应器底部设有排污口；反应器内部充填有玻璃球，玻璃球之间呈无序的介孔结构，玻璃球内设有空腔，空腔内设置有电磁感应充电模块、电能储存模与光源模块，玻璃球外覆有催化剂层；沉降槽用于处理污水中的悬浮颗粒物，有效分离颗粒物与污水，紫外光源模块与玻璃球表面催化剂协同作用，玻璃球体的无序介孔结构，增加了反应器内表面积，提高催化效果；玻璃球体能够使光线能够穿透反应区域，直接到达溶液中未被吸收的有机污染物，提高反应器的效率，有效降解污水中的有害物质；本发明具有结构紧凑，反应高效，可操作性强的特点。操作性强的特点。操作性强的特点。


技术研发人员：靳亚斌 郑煜鑫 徐甜甜 刘琰 宋文瀚 张倩 周亮
受保护的技术使用者：西安航空学院
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/7/13