一种小型串联填料式反应装置的设计制造方法及图纸

本发明专利技术属于纳米技术领域，尤其涉及一种小型串联填料式反应装置的设计。该小型串联填料式反应装置包括至少两个串联的反应器、采样装置、注射装置和固定支架；所述反应器包括石英玻璃管、玻璃球体、橡胶塞、针孔；所述玻璃球体堆放在所述石英玻璃管中。本发明专利技术工艺简单，仪器操作方便，效率高且成本低。同时，该小型串联填料式反应装置可重复利用，降低了贵金属的损耗。除此之外，通过增减反应器的串联数量，可适应4‑硝基苯酚(4‑NP)的流速的变化，这很大程度上提高了4‑NP降解过程的灵活性。因此，本发明专利技术公开的小型串联填料式反应装置在污水处理领域有着极高的应用潜力。

Design of a small series packed reactor

【技术实现步骤摘要】
一种小型串联填料式反应装置的设计
本专利技术属于纳米
，尤其涉及一种小型串联填料式反应装置的设计。
技术介绍
随着现代工、农业的快速发展，大量有毒、难降解的有机污染物被排入环境中，尤其是4-NP。4-NP是一种非常常见的有机污染物，具有高毒性、稳定性且具有积聚效应，对人类健康和生态文明产生了巨大的威胁。目前，降解4-NP的方法主要包括：物理法和化学法。物理法中以吸附为主，但4-NP本身有毒，吸附过后还需后续处理，处理周期比较长。化学法中，尤以光催化降解法最为引人注意。光催化降解法通常以贵金属纳米颗粒为催化剂，将有毒的4-NP降解成重要的无毒工业原料4-氨基苯酚(4-AP)。然而，纳米颗粒较小致使其难以被回收。回收过程中产生的贵金属流失将大大提高降解4-NP的成本。鉴于此，用于降解4-NP，可重复利用的小型槽道式的反应器被逐渐开发。该反应器的核心部件为镀有贵金属膜的槽道。其中，槽道采用刻蚀法加工，其加工规模较小，成本较高，且灵活性较差。可见，槽道式的小型反应器虽重复性好但依然满足不了实际需求。
技术实现思路
本专利技术为一种小型串联填料式反应装置的设计。该装置反应器采用表面覆金的玻璃球作为填料，具有反应接触面积大、安全性好、耐腐蚀和承压能力强等优点。因此，该小型串联填料式反应装置展现出了高的降解效率、简单的结构、灵活的操作及低的成本。相比于槽道式的小型反应器，可解决槽道式的小型反应器加工难、成本高和灵活性差的问题，且其降解4-NP的效率极高，具有快速降解4-NP的应用潜质。具体的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术第一个方面公开了一种小型串联填料式反应装置的设计，包括至少两个串联的反应器、采样装置、注射装置和固定支架；所述反应器包括石英玻璃管、玻璃球体、橡胶塞、针孔；所述玻璃球体堆放在所述石英玻璃管中；所述石英玻璃管的两端用带有针孔的橡胶塞封住，毛细管与针孔相连接；所述反应器还包括三通，所述三通与所述注射装置通过毛细管连接。在本专利技术的一些优选实施例中，所述注射装置为注射泵，所述注射泵包括注射器，所述注射器与毛细管相连接。在本专利技术的一些优选实施例中，作为优选，所述玻璃球体的直径为2.5mm。在本专利技术的一些优选实施例中，所述玻璃球体的表面负载的纳米薄膜厚度为10.9-29.2nm；优选的，所述纳米薄膜为金纳米薄膜，所述金纳米薄膜厚度为25nm。在本专利技术的一些优选实施例中，每个反应器中包含45-55个玻璃球体，所述玻璃球体采用乱堆的排列方式。进一步的，每个反应器中包含50个玻璃球体。在本专利技术的一些优选实施例中，所述石英玻璃管为高透光石英玻璃管，所述石英玻璃管内径为5-7mm，厚度为0.8-1.5mm，长度为9-11cm。在本专利技术的一些优选实施例中，所述毛细管的直径为750-1000μm。更优选的，所述毛细管直径为800μm。在本专利技术的一些具体实施例中，所述的石英玻璃管内径为6mm，厚度为1mm，石英玻璃管长10cm。本专利技术第二个方面公开了利用上述的小型串联填料式反应装置降解4-NP的方法，包括以下步骤：S1：通过注射装置将4-NP溶液、NaBH4溶液分别流经毛细管同时通入三通中进行均匀混合得到待测液体；S2：将待测液体沿着毛细管从下进入到石英玻璃管中，接着从石英玻璃管的上方毛细管流出，进入到采样装置进行检测分析。应当理解，本专利技术公开的小型串联填料式反应装置不仅限于4-NP的降解，还可用于其他硝基苯酚，如2-NP、3-NP和2-硝基间苯二酚等。除硝基苯酚之外，还可用于降解甲基红、甲基橙和甲基蓝等，且均在本专利技术的保护范围之内。应该理解，本专利技术不限于上述步骤，还可以包含其他的步骤，例如在步骤S1之前、步骤S1和S2之间、步骤S2之后，还包含其他额外的步骤，而不超出本专利技术的保护范围。优选的，所述4-NP溶液的浓度为0.003mol/L；更优选的，NaBH4溶液的浓度为0.15mol/L。应当理解，本专利技术的保护范围并不限于上述浓度，本领域技术人员可以根据需要，选择任意合适的4-NP和NaBH4溶液浓度，且均在本专利技术的保护范围之内。所述小型串联填料式反应装置中的反应器个数根据4-NP溶液、NaBH4溶液的流速确定。反应后，通过采样装置收集产物，通过测试其UV-Vis吸收光谱图，确定4-NP的降解率。在本专利技术的一些具体实施例中，所述固定支架为金属支架。本专利技术第三个方面公开了上述的小型串联填料式反应装置或上述的方法在污水处理领域中的应用。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，而不超出本专利技术的构思与保护范围。本专利技术相对于现有技术具有如下的显著优点及效果：本专利技术工艺简单，仪器操作方便，效率高且成本低。同时，该小型串联填料式反应装置可重复利用，降低了贵金属的损耗。除此之外，通过增减反应器的串联数量，可适应4-NP的流速的变化，这很大程度上提高了4-NP降解过程的灵活性。因此，本专利技术公开的小型串联填料式反应器在污水处理领域有着极高的应用潜力。附图说明图1为本专利技术实施例中小型串联填料式反应装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中填有玻璃球体的石英玻璃管示意图；图3为本专利技术实施例1中两根石英玻璃管串联的示意图；图4为本专利技术实施例1中采用小型串联填料式反应装置进行光催化降解4-NP的UV-Vis吸收光谱图。图5为本专利技术实施例2中三根石英玻璃管串联的示意图；图6为本专利技术实施例2中采用小型串联填料式反应装置进行光催化降解4-NP的UV-Vis吸收光谱图。图7为本专利技术实施例3中四根石英玻璃管串联的示意图；图8为本专利技术实施例3中采用小型串联填料式反应装置进行光催化降解4-NP的UV-Vis吸收光谱图。图1中：1-采样装置，2-反应器，3-三通，4-毛细管，5-金属支架，6-注射泵，7-注射器。图2中：21-针孔，22-石英玻璃管，23-玻璃球体，24-橡胶塞。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术主要涉及到一种小型串联填料式反应装置的设计(如图1所示)，该反应装置包括至少采样装置1、两个串联的反应器2、三通3、金属支架5和注射装置6；所述反应器2(如图2所示)包括针孔21、石英玻璃管22、玻璃球体23、橡胶塞24；所述玻璃球体23堆放在所述石英玻璃管22中；所述石英玻璃管22的两端用带有针孔21的橡胶塞24封住，毛细管4与针孔21相连接；所述反应器还包括三通3，所述三通3与所述注射装置通过毛细管4连接。所述注射装置为注射泵6，所述注射泵6包括注射器7，所述注射器7与毛细管4相连接。利用该装置进行4-NP降解的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小型串联填料式反应装置，其特征在于，包括至少两个串联的反应器、采样装置、注射装置和固定支架；/n所述反应器包括石英玻璃管、玻璃球体、橡胶塞、针孔；所述玻璃球体堆放在所述石英玻璃管中；所述石英玻璃管的两端用带有针孔的橡胶塞封住，毛细管与针孔相连接；/n所述反应装置还包括三通，所述三通与所述注射装置通过毛细管连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种小型串联填料式反应装置，其特征在于，包括至少两个串联的反应器、采样装置、注射装置和固定支架；
所述反应器包括石英玻璃管、玻璃球体、橡胶塞、针孔；所述玻璃球体堆放在所述石英玻璃管中；所述石英玻璃管的两端用带有针孔的橡胶塞封住，毛细管与针孔相连接；
所述反应装置还包括三通，所述三通与所述注射装置通过毛细管连接。


2.根据权利要求1所述的小型串联填料式反应装置，其特征在于，所述注射装置为注射泵，所述注射泵包括注射器，所述注射器与毛细管相连接；优选的，所述毛细管的直径为750-1000μm；更优选的，所述毛细管的直径为800μm。


3.根据权利要求1所述的小型串联填料式反应装置，其特征在于，所述玻璃球体的直径为2-3mm；优选的，所述玻璃球体的直径为2.5mm。


4.根据权利要求1所述的小型串联填料式反应装置，其特征在于，所述玻璃球体的表面负载的纳米薄膜厚度为10.9-29.2nm；优选的，所述纳米薄膜为金纳米薄膜，所述金纳米薄膜厚度为25nm。


5.根据权利要求1所述的小型串联填料式反应装置，其特征在于，每个反应器中包含45-55个玻璃球体，所述玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽，刁园园，刘茜茜，刘宇飞，马飞扬，朱佳诚，周明亮，李传亮，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31