三相三维电极光催化反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种三相三维电极光催化反应器，及其用于处理有机废水。该光催化反应器由壳体９、三维粒子电极１０、阴电极微孔钛板５、阳电极钛网７以及光源ＵＶ灯２和光催化剂４构成。它将三相三维电极和光催化技术巧妙结合，不仅能利用阳极地偏压有效地捕获光生电子，提高二氧化钛的光催化氧化效率，而且能利用三维阴极现场产生强氧化剂Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］的间接电化学氧化和此Ｈ↓［２］Ｏ↓［２］的光催化氧化。此外，该反应器利用微孔金属钛板将一个馈电极和曝气板合二为一，不仅使反应器结构紧奏和合理，而且此钛板的孔径很小，能产生极为均匀的微小气泡，能增加空气中的氧气在水中的溶解速度，因而提高了光催化去除有机污染物的效率。该光催化反应器特别适用于高效处理有机废水。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种三相三维电极光催化反应器，及其用于处理有机废水。技术背景八十年代后期高级氧化技术(Advanced Oxidation Process)应用于环境污染控制引起了普遍的重视。其中TiO2半导体多相光催化过程以其室温和深度反应等独特的优势而倍受关注。它具有氧化矿化有机污染物，还原重金属离子，除臭，防腐和杀菌的功能。在空气和水的净化等方面显示出了巨大的应用潜力(M.Hoffman，S.Martin，W.Choi and D.Bahnemann，Chem.Rev.，1995，9569)。但光激发所产生的电子-空穴对极易复合，导致光催的量子效率很低(一般小于0.1％)，因此，快速俘获光激发电子，抑制其与高能空穴复合对于提高半导体光催化降解有机污染物的效率是至关重要的。为了达到这一目的，人们从不同的角度出发提出了许多的改进方法。例如半导体表面贵金属沉积，半导体复合或金属离子参杂等(K.T.Ranjit and B.Viswanathan，J.Photochem.And Photobiol.，AChem.，1997，107215；J.C.Yu，J.Lin and R.W.M.Kwok，J.Photochem.and Photobiol.，AChem.，1997，111199)。最近K.Vinodgopal等人发现通过外加电场能有效地去除TiO2固定膜电极上的光激发电子，抑制其与高能空穴复合，加快了4-氯苯酚等的光降解速度(K.Vinodgopal，S.Hotchandani andP.V.Kamat，J.Phys.Chem.1993，979040)。这一研究结果激起了人们用电化学方法控制光催化反应的兴趣(J.M.Kesselman，N.S..Lewis，and M.R.Hoffman，Environ.Sci.Technol.，1997，312298；K.Vinodgopal，U.Stafford，K.Gray and P.Kamat，J.Phys.Chem.，1994，986797)。然而目前有关的研究仅停留在阳极偏电压能捕获光生电子这一概念的证明上。为了使多相光电催化过程能用于生产实际，这方面的技术急待深入。在众多的废水处理方法中电化学方法具有设备紧凑、占地面积少、无需大量化学药剂，污泥量少等优点，被誉为清洁废水处理法。近年来该法在废水处理的研究中十分活跃，报道甚多(K.Rajeshwar，J.Ibanez and G.Swain，J.Appl.Electrochem.，1994，241077)。特别是三维电极因体面比大，粒子间距离小，传质效果得到较大的改善，是一种具有较高实用和理论价值的电化学反应器。它在废水处理中也得到了许多应用，但大多都集中在金属离子废水的处理中而在有机废水领域的研究并不多见。尤其是将三维电极反应器和光催化反应器相结合构成光催化反应器，及其用于高效处理有机废水，还未见有报道。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于三相三维电极的光催化反应器，它既具有对有机污染物高效电氧化的作用同时又可捕获光生电子，抑制其与高能空穴复合，提高光催化氧化的效率，可作为一种高效的清洁的有机废水深度氧化处理装置。本技术的三相三维电极光催化反应器由壳体、三维粒子电极(三维电极)、阴电极微孔钛板、阳电极金属钛网以及光源UV灯和光催化剂构成；微孔钛板位于壳体下部，其与壳体底部之间构成一气室，该气室有一进气口与外部相通；三维粒子电极是由活性炭或石墨构成的填充床，置于微孔钛板上面；金属钛网位于壳体上部，其与三维粒子电极之间为光反应室，光催化剂和UV灯置于该光反应室中；微孔钛板和金属钛网上分别有可连接直流电源的电接头。如上所述的三相三维电极光催化反应器，其中作为光源的UV灯外部可套有石英冷井，以使反应器恒温。所用的微孔钛板的孔径一般为15-25μm。所用的光催化剂为纳米级TiO2光催化剂。光催化剂通常与待处理的废水混合后一起加入反应器中，也可做成流化床或固定床形式。光催化剂的用量一般为按废水体积或光反应室容积计算0.05-0.5mg/L。上述本技术的三相三维电极光催化反应器还可在壳体上部设置进水口，下部设置出水口，以便于连续处理废水。本技术的三相三维电极光催化反应器处理有机废水的过程(1)将光催化剂和待处理的有机废水混合均匀，然后加入该光催化反应器；(2)打开紫外灯；(3)启动空气压缩机从进气口通入压缩空气，并调节空气流量；(4)接通直流电源，即开始有机污染物的光电氧化反应。本技术的三相三维电极光催化反应器具有以下的突出特点和有益效果(1)是利用微孔钛板将反应器的阴极和曝气板合二为一，不仅使反应器结构紧奏和合理，而且此钛板的孔径很小(其表面的SEM谱见图3所示)，能产生极为均匀的微小气泡(如图4所示)，因而能增加空气中的氧气在水中的溶解速度。由于氧气在TiO2光催化反应中起着很重要的作用，它也能捕获光生电子，抑制其与孔穴的复合，增加光催化反应的效率。(2)是能电致H2O2的三相三维电极反应器和浸没式光催化反应器的结合。它既能利用阳极捕获光生电子，抑制其与高能空穴复合，提高光催化氧化的效率，又能有效地直接电化学氧化有机污染物，还能利用阴极电致H2O2的间接电化学氧化和此H2O2的光催化氧化，因此该光催化反应器可作为一种有机废水的高效深度处理装置。本技术的三相三维电极光催化反应器处理有机废水的主要化学反应如下阳极+R→产物式中R为有机物。附图说明图1为本技术的三相三维电极光催化反应器的一种具体实施方式的结构示意图。图2为活性碳粒子电极的X射线电子能谱。图3为微孔钛电极表面的扫描电镜(SEM)图。从此图可见该微孔钛电极的孔径约为20微米。图4为光催化反应器通过微孔钛电极产生的气泡的照片。这些气泡直径小(约1-2 mm)而且分布均匀。具体实施方式参照图1，本技术的三相三维电极光催化反应器主要由三相三维电极反应器和浸没式光催化反应器结合而成。此三相三维电极反应器是以压缩空气为气源；以商业活性碳或者石墨填充床为三维粒子电极10；以耐腐蚀的金属钛作为馈电极的材料，阳极为金属钛网7，阴极为孔径15-25μm的商业微孔钛板5；金属钛网和微孔钛板上分别有可连接直流电源8的电接头71和51。该微孔钛板5可起到两方面的作用，一是作为反应器的阴极，二是作为反应器的曝气板；压缩空气从进气口11进入反应器的底部的气室12，并通过该微孔钛板5向反应器内曝气。由活性炭或石墨填充床构成的三维粒子电极10置于微孔钛板5上面，其与反应器上部的金属钛网7之间构成光反应室13。此浸没式光催化反应器主要由光源UV灯2和浓度(光催化剂在被处理废水中的浓度)为0.05-0.5mg.l-1的纳米粒径TiO2光催化剂4组成；其中UV灯管位于圆柱型反应器的中间和阴电极微孔钛板5与阳电极金属钛网7之间；在UV灯2外部套有石英冷井3，以使反应器恒温。石英冷井3上部有冷却水入口1和冷却水出口6。光催化剂通常与待处理的废水混合后一起加入反应器中。整个圆柱型反应器的壳体9可用PVC焊接而成。以下是本技术的三相三维电极光催化反应器用于处理有机废水的试验实例。所用的三相三维电极光催化反应器的壳体直径为6-12cm，高度为40本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三相三维电极光催化反应器，其特征是该反应器由壳体（９）、三维粒子电极（１０）、阴电极微孔钛板（５）、阳电极金属钛网（７）以及光源ＵＶ灯（２）和光催化剂（４）构成；微孔钛板（５）位于壳体（９）下部，其与壳体底部之间构成一气室（１２），该气室有一进气口（１１）与外部相通；三维粒子电极（１０）是由活性炭或石墨构成的填充床，置于微孔钛板上面；钛网（７）位于壳体上部，其与三维粒子电极之间为光反应室（１３），光催化剂和ＵＶ灯（２）置于该光反应室中；微孔钛板和钛网上分别有可连接直流电源的电接头（５１）和（７１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊亚，安太成，何春，查长虹，朱锡海，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：实用新型
国别省市：44[中国|广东]