本发明专利技术涉及一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法，属于环境保护监测技术领域。装置包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块，光催化反应模块包括反应室和光催化片，光催化片能在紫外光照射下，催化水样中的有机物生成二氧化碳，二氧化碳检测模块检测光催化反应模块中的生成的二氧化碳的浓度，从而计算得到水样中总有机碳的含量。本发明专利技术提供的TOC检测装置，可以便携实时检测某一地点某一时段水样的TOC值。本发明专利技术与传统TOC检测仪的燃烧法不同，是利用高效光催化技术在短时间内将有机物矿化为二氧化碳进行检测，在节能环保方面具有较大的意义。
A photocatalysis portable water quality total organic carbon detection device and method
【技术实现步骤摘要】
一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法
本专利技术属于环境保护监测
，涉及一种光催化便携式水质总有机碳检测装置及检测方法。
技术介绍
在水质的各种监测指标中，总有机碳(TOC)可以很直观地来表示水体中有机物的总量，是评价水质有机污染的重要参考指标之一。实验室内传统的TOC仪通常利用的是高温催化燃烧氧化-非色散红外探测(NDIR)的原理，需要水样在有助燃气的条件下分别在900℃的高温燃烧管和150℃的低温燃烧管燃烧矿化，高温管中还需要铂和三氧化钴或三氧化二钴作为催化剂，成本相对较高，占地面积较大，不能运用于野外的实时实地检测。而且，测试样品浓度一般要低于50ppm，在检测高浓度样品时需要高倍数稀释容易形成误差。光催化技术自1972年，日本科学家Fujishima和Honda首次发表在n-半导体TiO2电极上发现水的光电催化分解的报道以来，TiO2等光催化剂以其独特的光学性质和较高光催化活性，广泛应用于光催化降解污染物领域。光催化技术具有操作简单、能耗低、无二次污染、效率高、对污染物无选择性等优点，在本专利技术中使用的光催化剂(自掺杂型WO3颗粒负载于TiO2纳米管)已经在我们的多次试验中证明有极强的降解有机污染物能力，可以在紫外光源的照射下，可以将待测水样中的有机污染物降解并矿化成二氧化碳。所以，本专利技术利用光催化这些优异性能，首创地研发了一种能够检测水质TOC的仪器，本专利技术克服了传统TOC检测仪占地面积大、能耗高、易损坏等缺点，利用光催化技术专利技术了一种可以便携式的TOC检测装置，可以实现野外条件下的实时检测。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中水质总有机碳的测定装置测定结果不准确，需要昂贵的催化剂，且占地面积大的技术缺陷。本专利技术提供了一种便携式可以在野外实时运用的水质总有机碳的检测装置及检测方法，装置包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块，光催化反应模块能催化水样中的有机物生成二氧化碳，二氧化碳检测模块检测光催化反应模块中的生成的二氧化碳的浓度，从而计算得到水样中总有机碳的含量。本专利技术检测装置无需提供高温环境，也无需铂、三氧化钴或三氧化二钴这些昂贵的催化剂，本专利技术成本低廉，耗能少；检测方法检测限较高，且结果准确。按照本专利技术的第一方面，提供了一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；所述进样模块包括进样针和进样装置，所述光催化反应模块包括反应室和光催化片，所述光催化片竖直置于所述反应室中；所述反应室的上表面分布有进样口，所述进样口与进样装置连接，所述进样针用于通过进样装置和进样口将水样注入反应室中的光催化片表面；所述进样装置内部有密封垫片；所述密封垫片在进样针不注入水样时，用于使反应室处于密封状态，所述密封垫片在进样针注入水样时，用于防止反应室中的气体逸出；所述光催化反应模块还包括紫外光源和石英片，所述石英片与所述反应室密封连接，所述石英片用于使紫外光源发出的紫外光能照射到光催化片表面；所述二氧化碳检测模块包括防水单元和检测单元，所述防水单元用于将反应室中产生的液滴阻隔在所述检测单元外，所述检测单元用于检测反应室中二氧化碳的浓度。优选地，所述进样装置包括螺栓和螺母；所述螺栓的上部和下部均有外螺纹结构，下部的外螺纹结构与所述进样口的内螺纹固定连接，上部的外螺纹结构与螺母的内螺纹连接；所述螺栓内部为中空结构，所述密封垫片位于螺栓内部中空结构的横截面上，所述密封垫片上部中空的直径大于下部中空的直径，使密封垫片不易掉出；所述螺母的上表面有进样孔，所述进样针通过该进样孔注入水样。优选地，所述密封垫片为橡胶垫片。优选地，所述防水单元为膨化聚四氟乙烯防水透气膜。优选地，所述光催化片为钛片基底表面覆盖TiO2纳米管，所述TiO2纳米管上负载有WO3颗粒。按照本专利技术的另一方面，提供了运用任一所述的光催化便携式水质总有机碳的检测装置进行水质总有机碳的检测方法，包括以下步骤：S1：进样针通过进样装置和进样口将去离子水注入反应室中的光催化片表面，所述检测单元测得反应室中原始二氧化碳的体积浓度S0；打开紫外光源，使紫外光源发出的紫外光照射到光催化片表面，所述光催化片上的有机物被催化产生二氧化碳，此时所述检测单元测得反应室中的二氧化碳的体积浓度为S0′；S2：进样针通过进样装置和进样口将待测水样注入反应室中的光催化片表面，所述待测水样的体积与步骤S1中去离子水的体积相同；在紫外光源发出的紫外光的照射下，光催化片表面的待测水样被催化产生二氧化碳，所述检测单元显示的数值持续增长直至稳定后，此时检测单元测得反应室中的二氧化碳的体积浓度为S；S3：计算所述待测水样中总有机碳的含量ρ，计算公式为：ρ＝[S-S0′-(S0′-S0)]*V*Ar(C)/(Vm*V进)，其中，V为所述反应室的体积，Ar(C)等于12，为碳原子的相对原子质量，Vm为24.5L/mol，为常温常压下气体的摩尔体积，V进为所述待测水样的体积。优选地，所述检测单元利用非色散红外的方法检测反应室中二氧化碳的浓度。优选地，所述待测水样的体积为10μL-30μL。优选地，所述待测水样中含有对硝基苯酚。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：(1)本专利技术提供的TOC检测装置，可以便携实时检测某一地点某一时段水样的TOC值。本专利技术与传统TOC检测仪的燃烧法不同，是利用高效光催化技术在短时间内将有机物矿化为二氧化碳进行检测，在节能环保方面具有较大的意义。(2)本专利技术使用的光催化法与高温催化燃烧法相比，无需提供高温环境，也无需铂、三氧化钴或三氧化二钴这些昂贵的催化剂，本专利技术成本低廉，耗能少。(3)本专利技术与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，检测限较高，水样中的有机碳的含量在800ppm以内都进行进行检测，减小了测试过程中由于稀释导致的误差。(4)本专利技术与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，体积微小，可以实现手提式便携，方便环保监督监管部门现场抽查或者野外科研考察需要。(5)本专利技术检测方法测试值与水样TOC理论值误差在5％左右，且反复测试的结果具有一致性，说明了本专利技术装置可以在保证结果的同时多次重复使用。(6)本专利技术与传统高温催化燃烧TOC分析仪相比，结构简单，拆卸便宜，方便使用过程中的修理与维护。附图说明图1至图3为本专利技术提供的一种光催化便携式水质总有机碳检测装置结构示意图，图1为正视示意图，图2为侧视示意图，图3为进样装置局部放大图；其中，1-进样针，2-进样装置，3-反应室，4-光催化片，5-进样口，6-密封垫片，7-紫外光源，8-石英片，9-防水单元，10-检测单元，11-螺栓，12-螺母，13-进样孔。图4为对硝基苯酚溶液检测的矿化图。图5为实际湖水检测的矿化图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，其特征在于，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；/n所述进样模块包括进样针(1)和进样装置(2)，所述光催化反应模块包括反应室(3)和光催化片(4)，所述光催化片(4)竖直置于所述反应室(3)中；所述反应室(3)的上表面分布有进样口(5)，所述进样口(5)与进样装置(2)连接，所述进样针(1)用于通过进样装置(2)和进样口(5)将水样注入反应室(3)中的光催化片(4)表面；所述进样装置(2)内部有密封垫片(6)；所述密封垫片(6)在进样针(1)不注入水样时，用于使反应室(3)处于密封状态，所述密封垫片(6)在进样针(1)注入水样时，用于防止反应室(3)中的气体逸出；/n所述光催化反应模块还包括紫外光源(7)和石英片(8)，所述石英片(8)与所述反应室(3)密封连接，所述石英片(8)用于使紫外光源(7)发出的紫外光能照射到光催化片(4)表面；/n所述二氧化碳检测模块包括防水单元(9)和检测单元(10)，所述防水单元(9)用于将反应室(3)中产生的液滴阻隔在所述检测单元(10)外，所述检测单元(10)用于检测反应室(3)中二氧化碳的浓度。/n...
【技术特征摘要】
1.一种光催化便携式水质总有机碳的检测装置，其特征在于，包括依次连接的进样模块、光催化反应模块和二氧化碳检测模块；
所述进样模块包括进样针(1)和进样装置(2)，所述光催化反应模块包括反应室(3)和光催化片(4)，所述光催化片(4)竖直置于所述反应室(3)中；所述反应室(3)的上表面分布有进样口(5)，所述进样口(5)与进样装置(2)连接，所述进样针(1)用于通过进样装置(2)和进样口(5)将水样注入反应室(3)中的光催化片(4)表面；所述进样装置(2)内部有密封垫片(6)；所述密封垫片(6)在进样针(1)不注入水样时，用于使反应室(3)处于密封状态，所述密封垫片(6)在进样针(1)注入水样时，用于防止反应室(3)中的气体逸出；
所述光催化反应模块还包括紫外光源(7)和石英片(8)，所述石英片(8)与所述反应室(3)密封连接，所述石英片(8)用于使紫外光源(7)发出的紫外光能照射到光催化片(4)表面；
所述二氧化碳检测模块包括防水单元(9)和检测单元(10)，所述防水单元(9)用于将反应室(3)中产生的液滴阻隔在所述检测单元(10)外，所述检测单元(10)用于检测反应室(3)中二氧化碳的浓度。
2.如权利要求1所述的光催化便携式水质总有机碳的检测装置，其特征在于，所述进样装置(2)包括螺栓(11)和螺母(12)；所述螺栓(11)的上部和下部均有外螺纹结构，下部的外螺纹结构与所述进样口(5)的内螺纹固定连接，上部的外螺纹结构与螺母(12)的内螺纹连接；所述螺栓(11)内部为中空结构，所述密封垫片(6)位于螺栓(11)内部中空结构的横截面上，所述密封垫片(6)上部中空的直径大于下部中空的直径，使密封垫片(6)不易掉出；所述螺母(12)的上表面有进样孔(13)，所述进样针(1)通过该进样孔(13)注入水样。
3.如权利要求1所述的光催化便携式水质总有机碳的检测装置，其特征在于，所述密封垫片(6)为橡胶垫片。
4.如权利要求1所述的光催化便携式水质总有机碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：张延荣，徐鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。