一种蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置制造方法及图纸

一种蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置，本发明专利技术属于光催化剂技术领域，它为了解决现有氯气生产工艺复杂，能耗高的问题。本发明专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的方法是向NaCl溶液中加入带有磺酸基的蒽醌，调节体系呈酸性，得到光催化反应溶液，利用可见光源照射光催化反应溶液，光催化反应得到氯气。本发明专利技术还涉及利用蒽醌光催化氧化制备氯气的装置包括曝气系统、反应发生器和氯气收集器，在反应发生器内装有光催化反应溶液，在反应发生器内设置有光源。本发明专利技术光催化生产氯气的方法绿色节能，在光催化反应发生器中，在可见光照射下，高浓度的氯化钠水溶液中带有磺酸基的蒽醌可以氧化氯离子，在酸性条件下产生氯气。在酸性条件下产生氯气。在酸性条件下产生氯气。

【技术实现步骤摘要】
一种蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置


[0001]本专利技术属于光催化剂
，具体涉及一种蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置。

技术介绍

[0002]随着工业的迅速发展、人口的急剧增加，我国作为人口大国，水资源短缺和污染问题日益严重，为了应对人类日益增长的需求，越来越多的结构稳定环境持久性强的新型化学物质被合成开发，并随着工业生产以及人类的使用而进入自然水体，对自然生态系统造成严重的影响。但是，现有以生物处理技术为主的水处理工艺在实际应用过程中表现出处理能力和处理效率不足等状况，因此，亟待开发出一种绿色，高效且稳定的新型污水处理技术来应对上述问题。
[0003]消毒过程是水处理过程中的最后一道屏障，对污染物质的去除起着重要作用。氯气最早用于水消毒的化学消毒剂，已成为世界各国水消毒的主要技术方法之一。其具有很多优点，如操作过程并不复杂、价格比较经济实惠，除此之外，还能在管网中存在具有消毒作用的余氯，能保证管网中水的安全性。除应用于水体的消毒外，还可以氧化降解水中的难降解有机污染物。然而，现阶段的最常用的氯气生产工艺为电解氯化钠的氯碱工艺。这一传统工艺不仅能耗高，且需要与电网相连或者配备高电压的蓄电池。除此之外，不论是氯气还是次氯酸盐的运输过程都相对繁琐，且由于化学稳定性较差，长距离运输会造成氯气的较大损耗。因此，急需一种低能耗且简便高效的氯气生产工艺，使其在使用地点可以实现原位生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有氯气生产工艺复杂，能耗高的问题，而提供一种蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置。
[0005]本专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的方法按照以下步骤实现：
[0006]一、配置NaCl溶液；
[0007]二、向NaCl溶液中加入带有磺酸基的蒽醌，调节体系呈酸性，得到光催化反应溶液；
[0008]三、利用可见光源照射光催化反应溶液，光催化反应得到氯气。
[0009]本专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的装置包括曝气系统、反应发生器和氯气收集器，在反应发生器内装有光催化反应溶液，所述的光催化反应溶液为NaCl和带有磺酸基的蒽醌的混合溶液，在反应发生器内设置有光源；
[0010]曝气系统包括风机、进气管和曝气头，进气管的一端与风机相连，进气管的另一端与曝气头相连，曝气头位于反应发生器的底部，在反应发生器的上部开有出气口，出气管的一端与出气口相连通，出气管的另一端延伸至氯气收集器中，氯气收集器内装有氯气收集液。
[0011]本专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的方法中利用可见光激发AQ2S产生三线激发态，同时在反应体系中加入一定浓度的氯化钠来提供氯离子；产生的AQ2S三线激发态与氯离子反应进而产生氯气；最后依靠氢氧化钠溶液收集产生的氯气。
[0012]与现有技术相比，本专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的方法及装置包括以下有益效果：
[0013]本专利技术光催化生产氯气的方法绿色节能，在光催化反应发生器中，通过可见光照射，在高浓度的氯化钠水溶液中，带有磺酸基的蒽醌可以氧化氯离子，在酸性条件下产生氯气，接着氯气被氯气收集器收集。通过调整反应溶液的水质条件以及优化反应器的运行参数等技术手段实现了可见光条件下的原位产氯过程，减少氯气运输过程中的损失，其中运行参数指曝气流量、曝气的气体成分和光照强度。本专利技术蒽醌光催化氧化产生氯气的装置能够高效稳定地长期运行，应用于原位消杀水体中的微生物、去除水中的氨氮和有机物。
[0014]本专利技术产生氯气方法简单，安全、高效、能耗低、生产过程控制方便，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0015]图1为本专利技术蒽醌光催化氧化制备氯气的装置的结构示意图；
[0016]图2为实施例中蒽醌光催化氧化制备氯气的测试图。
具体实施方式
[0017]具体实施方式一：本实施方式蒽醌光催化氧化制备氯气的方法按照以下步骤实施：
[0018]一、配置NaCl溶液；
[0019]二、向NaCl溶液中加入带有磺酸基的蒽醌，调节体系呈酸性，得到光催化反应溶液；
[0020]三、利用可见光源照射光催化反应溶液，光催化反应得到氯气。
[0021]本实施方式带有磺酸基的蒽醌可作为一种光敏剂，经过可见光照射后，在酸性条件下氧化氯离子生成二氯自由基，进而产生氯气，同时产生半醌自由基，这种半醌自由基能够还原分子氧，产生过氧化氢(H2O2)，半醌自由基可以返回基态，继续参与光催化产氯的反应。
[0022]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中光催化反应溶液中NaCl的浓度为0.5mol/L～4mol/L。
[0023]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二中通过酸溶液调节体系呈酸性。
[0024]本实施方式所述的酸溶液为盐酸溶液。
[0025]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤二中调节体系的pH＝1～3。
[0026]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中光催化反应溶液中带有磺酸基的蒽醌的浓度为30～500μmol/L。
[0027]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是可见光源为氙
灯、LED光源或者汞灯。
[0028]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中向光催化反应溶液中曝气以收集氯气。
[0029]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是曝气所用气体为空气或氧气。
[0030]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中光催化反应溶液的温度为15℃～35℃。
[0031]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二所述的带有磺酸基的蒽醌为蒽醌
‑2‑
磺酸钠(AQ2S)或者蒽醌
‑1‑
磺酸(AQ1S)。
[0032]具体实施方式十一：本实施方式蒽醌光催化氧化制备氯气的装置包括曝气系统、反应发生器11和氯气收集器12，在反应发生器11内装有光催化反应溶液，所述的光催化反应溶液为NaCl和带有磺酸基的蒽醌的混合溶液，在反应发生器11内设置有光源9；
[0033]曝气系统包括风机1、进气管13和曝气头6，进气管13的一端与风机1相连，进气管13的另一端与曝气头6相连，曝气头6位于反应发生器11的底部，在反应发生器11的上部开有出气口8，出气管10的一端与出气口8相连通，出气管10的另一端延伸至氯气收集器12中，氯气收集器12内装有氯气收集液。
[0034]本实施方式出气管10的材质为聚四氟乙烯(PTFE)。氯气收集器外表面遮光。
[0035]本实施方式蒽醌光催化氧化制备氯气的装置的反应器主体是有机玻璃材质的反应发生器，反应发生器外部缠绕恒温水箱软管，圆筒内部还可设有同轴的石英套筒，以平衡溶液在反应发生器中的流动速度，内筒中心放置管型氙灯光源。反应发生器的上端进行气密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于该制备氯气的方法按照以下步骤实现：一、配置NaCl溶液；二、向NaCl溶液中加入带有磺酸基的蒽醌，调节体系呈酸性，得到光催化反应溶液；三、利用可见光源照射光催化反应溶液，光催化反应得到氯气。2.根据权利要求1所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于步骤二中光催化反应溶液中NaCl的浓度为0.5mol/L～4mol/L。3.根据权利要求1或2所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于步骤二中调节体系的pH＝1～3。4.根据权利要求1至3任一项所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于步骤二中光催化反应溶液中带有磺酸基的蒽醌的浓度为30～500μmol/L。5.根据权利要求1至4任一项所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于可见光源为氙灯、LED光源或者汞灯。6.根据权利要求1至5任一项所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于步骤三中向光催化反应溶液中曝气以收集氯气。7.根据权利要求1至6任一项所述的蒽醌光催化氧化制备氯气的方法，其特征在于步骤二所述的带有磺酸基的蒽醌为蒽醌
‑2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑航桅，丁杰，赵焱，杨珊珊，武睿，高新磊，赵双阳，陈成新，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：