一种蓄光透明转盘光催化反应的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种蓄光透明转盘光催化反应的装置及方法。本发明专利技术提供的装置中，光催化剂涂覆于透明转盘表面，无需分离；旋转电机的转轴带动透明转盘转动，使反应池中的污染物溶液在透明转盘表面露于反应池上方的部分形成污染物溶液的微液膜，外加激发光源只需透过一层极薄的污染物微液膜即可到达催化剂表面，减少光在传播过程中的损失，进而提高光利用率；部分外加激发光源透过反应池中的污染物溶液到达光催化剂表面，催化反应池中的污染物降解；在外加激发光源停止后，在长余辉发光材料发射的光源下，光催化剂分别对所述微液膜中的污染物和反应池中的污染物进行降解，实现了暗环境中对污染物的降解。

A device and method for the photocatalytic reaction of a light storage transparent turntable

The invention provides a device and a method for the photocatalytic reaction of a light storage transparent turntable. The device provided by the invention, the photocatalyst coated on the transparent surface of the rotating disc, without separation; the rotating shaft motor drives the transparent rotating micro film to contaminant solution in the reaction tank is formed in the transparent disc surface contaminant solution exposed to the reaction tank above the part of the external excitation light source using only a very thin layer of pollutants micro film can reach the surface of the catalyst, reduce the loss of light in the communication process, and improve the utilization rate of light; some external excitation light source through the contaminant solution in the reaction tank reaches the surface of the light catalyst, the catalytic reaction of pollutant degradation in the pool; in the external excitation light source after the stop in the long afterglow light emission material. Pollutants and reaction tank photocatalyst for the micro film in the degradation of pollutants, the dark environment Degradation.

【技术实现步骤摘要】
一种蓄光透明转盘光催化反应的装置及方法
本专利技术涉及光催化
，特别涉及一种蓄光透明转盘光催化反应的装置及方法。
技术介绍
染料广泛应用于食品、医药、印染等行业，其性能稳定，进入环境后难以自然降解，造成受污染水域色度增加，进而影响到水生动植物的正常生命活动，破坏水体的生态平衡，更为严重的是会产生致癌致畸效应，对人类和其他生物的健康构成极大的威胁。光催化技术作为一种新型、高效、节能的高级氧化技术，在废水处理领域具有广阔的应用前景。光能是整个催化体系的关键，由于光催化过程仅能在有光的条件下进行，光激发停止后，催化反应立即停止，因此夜间难以持续进行，这就限制了光催化技术的应用。现阶段的全天候光催化反应装置大部分依靠太阳能发电系统，通过蓄电池转换电能为光能，实现催化反应的夜间运行。但太阳能蓄能系统工艺复杂，成本较高，限制了其进一步应用。此外，在传统光催化体系中，催化剂分散于污染物溶液中，光在到达催化剂表面之前，需穿过污染物溶液，一些染料、重金属离子等有色污染物则会在此过程中吸收大量光子，造成光能损失；而分散于溶液中的催化剂回收困难也导致其利用率低。综上所述，光催化技术目前还主要处于实验室研究阶段的主要原因如下：(1)光催化过程仅能在有光的条件下进行，夜间难以持续进行，因此需要开发全天候的光催化反应装置；(2)体系中存在的染料、重金属离子等有色污染物对催化剂存在光遮挡作用，降低催化剂的光吸收效率；(3)催化剂回收困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种蓄光透明转盘光催化反应的装置及方法。本专利技术提供的蓄光透明转盘光催化反应的装置能够在外加光源停止后继续提供光源，还能减少光在传播过程中的损失，提高光利用率，且不需要对催化剂进行分离。本专利技术提供了一种蓄光透明转盘光催化反应的装置，包括旋转电机、透明转盘和反应池；所述透明转盘的中心固定于旋转电机的转轴上；所述透明转盘垂直于反应池的底面，透明转盘的下半部分位于反应池中，上半部分露于反应池上方；所述透明转盘朝向激发光源的表面涂覆有光催化剂，所述透明转盘的内部与光催化剂对应的位置填充有长余辉发光材料。优选的，所述光催化剂在透明转盘表面的涂覆量为0.0102～0.0306g/cm2。优选的，所述光催化剂为负载有Cu2O的核壳结构的TiO2微球。优选的，所述TiO2微球的直径为1.5～2.5μm。优选的，所述TiO2微球包括由TiO2纳米晶组成的壳层和核层，所述壳层的厚度为300～600nm，所述核层的直径为900～1300nm。优选的，以质量含量计，所述光催化剂中Cu2O的负载量为0.2～1％。优选的，所述长余辉发光材料的发光波长为420～750nm。优选的，所述旋转电机上连接有调速器。本专利技术还提供了一种蓄光透明转盘光催化反应的方法，使用上述技术方案所述的装置，包括以下步骤：将污染物溶液置于反应池中，打开旋转电机使透明转盘转动，在透明转盘表面露于反应池上方的部分形成污染物溶液的微液膜；在外加激发光源的照射下，光催化剂分别对所述微液膜中的污染物和反应池中的污染物进行降解；长余辉发光材料吸收并存储光；关闭外加激发光源后，在长余辉发光材料发射的光源下，光催化剂分别对所述微液膜中的污染物和反应池中的污染物进行降解。优选的，所述透明转盘的转速为70～110r/min。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的蓄光透明转盘光催化反应的装置包括旋转电机、透明转盘和反应池；所述透明转盘的中心固定于旋转电机的转轴上；所述透明转盘垂直于反应池的底面，透明转盘的下半部分位于反应池中，上半部分露于反应池上方；所述透明转盘朝向激发光源的表面涂覆有光催化剂，所述透明转盘的内部与光催化剂对应的位置填充有长余辉发光材料。本专利技术提供的装置中，光催化剂涂覆于透明转盘表面，无需分离；旋转电机的转轴带动透明转盘转动，使反应池中的污染物溶液在透明转盘表面露于反应池上方的部分形成污染物溶液的微液膜，外加激发光源只需透过一层极薄的污染物微液膜即可到达催化剂表面，减少光在传播过程中的损失，进而提高光利用率，实现光催化剂对微液膜中污染物的降解；部分外加激发光源透过反应池中的污染物溶液到达光催化剂表面，催化反应池中的污染物降解；与此同时，外加光源透过透明转盘照射长余辉发光材料，长余辉发光材料吸收并存储光，在外加激发光源停止后，在长余辉发光材料发射的光源下，光催化剂分别对所述微液膜中的污染物和反应池中的污染物进行降解，实现了暗环境中对污染物的降解。实验结果表明，本专利技术提供的装置降解罗丹明B溶液(初始浓度为10mg/L，体积为60ml)光照3h后，关闭光源仍可继续进行光催化反应至完全降解，装置循环5次后降解效率仍可达到97％。在本专利技术的优选方案中，所述光催化剂为负载有Cu2O的核壳结构的TiO2微球，其中Cu2O的可见光吸收性能提高光催化剂的光能利用率，且Cu2O/TiO2间的异质结也有利于催化剂量子效率的提高；同时，核壳结构的TiO2微球可增加对光的反射和散射，强化Cu2O对光的吸收，避免了TiO2催化剂存在的光响应范围窄、量子效率低的问题。实验结果表明，相同条件光照3h后，核壳结构的TiO2对RhB的降解效率为22.5％，本专利技术中负载有Cu2O的核壳结构的TiO2微球对RhB的降解效率为77.1％，负载有Cu2O的核壳结构的TiO2微球对RhB的降解效率是核壳结构的TiO2的3.4倍，显示了较高的光催化活性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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他的附图。图1为本专利技术实施例提供的蓄光透明转盘光催化反应的装置的结构示意图；其中，1为旋转电机，2为透明转盘，3为反应池，4为转轴，5为光催化剂，6为长余辉发光材料；7为调速器；8为污染物溶液；图2为本专利技术实施例1～3中的光催化剂的XRD图谱；图3为本专利技术实施例2中的光催化剂的X射线光电子能谱；图4为本专利技术实施例2中的TiO2微球及光催化剂2-Cu2O/TiO2的SEM和EDS图；图5为本专利技术实施例2中的光催化剂2-Cu2O/TiO2的TEM图；图6为本专利技术实施例1～3中的光催化剂的紫外-可见漫反射光谱图；图7为本专利技术实施例1～3中的光催化剂被400nm光源激发所产生的荧光光谱；图8为本专利技术实施例1～3中Cu2O负载量不同的三种催化剂对RhB降解效率的影响；图9为本专利技术光催化剂涂覆量对降解效率的影响图；图10为实施例2中装置在不同转速下RhB降解效率图；图11为本专利技术实施例2中装置在有无长余辉发光材料条件下催化降解的降解效率对比；图12为本专利技术实施例2中装置中催化剂与采用其他催化剂时的光催化性能对比；图13为本专利技术实施例2中装置的循环性能图。具体实施方式如图1所示，在本专利技术中，所述蓄光透明转盘光催化反应的装置包括旋转电机1、透明转盘2和反应池3；所述透明转盘2的中心固定于旋转电机1的转轴4上；所述透明转盘2垂直于反应池3的底面，透明转盘2的下半部分位于反应池3中，上半部分露于反应池3上方；所述透明转盘2朝向激发光源的表面涂覆有光催化剂5，所述透明转盘2的内部与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄光透明转盘光催化反应的装置，包括旋转电机、透明转盘和反应池；所述透明转盘的中心固定于旋转电机的转轴上；所述透明转盘垂直于反应池的底面，透明转盘的下半部分位于反应池中，上半部分露于反应池上方；所述透明转盘朝向激发光源的表面涂覆有光催化剂，所述透明转盘的内部与光催化剂对应的位置填充有长余辉发光材料。

【技术特征摘要】
1.一种蓄光透明转盘光催化反应的装置，包括旋转电机、透明转盘和反应池；所述透明转盘的中心固定于旋转电机的转轴上；所述透明转盘垂直于反应池的底面，透明转盘的下半部分位于反应池中，上半部分露于反应池上方；所述透明转盘朝向激发光源的表面涂覆有光催化剂，所述透明转盘的内部与光催化剂对应的位置填充有长余辉发光材料。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光催化剂在透明转盘表面的涂覆量为0.0102～0.0306g/cm2。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述光催化剂为负载有Cu2O的核壳结构的TiO2微球。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述TiO2微球的直径为1.5～2.5μm。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述TiO2微球包括由TiO2纳米晶组成的壳层和核层，所述壳层的厚度为300～600nm，所述核层的直径为900～1300nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：路莹，景浩川，霍明昕，于洪斌，赵雅辉，朱遂一，张旭，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22