一种利用废水中重金属离子还原CO2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利用废水中重金属离子还原CO2的装置及方法，包括反应器，反应器包括若干的反应管，若干的反应管之间相互串联并相互连通，反应器上设有进口和出口，进口和出口分别与若干的反应管相连且相通，反应管设有负载光催化剂的吸附材料，当需去除废水中重金属离子时，废水通过进口进入反应管，重金属离子被吸附后再排出；当需催化还原CO2时，先将含S2‑

【技术实现步骤摘要】
一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置及方法


[0001]本专利技术涉及化工设备领域，具体地说，涉及一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置及方法。

技术介绍

[0002]随着工业化和城市化进程不断加快，水体受各类物质污染严重，特别是水体重金属污染，如Pb、Cu、Cr、Cd等重金属污染水体，具有高毒性和累积性危害的问题，已成为一个全球性的环境难题。长久以来，工业界一直在不断寻找简单、高效、经济可行的技术来处理重金属废水。同时，重金属及水的回收利用也受到世界范围广泛的关注，尤其是水资源短缺的国家和地区。我国是一个淡水资源严重紧缺的国家，据统计，我国有60％的工业废水含重金属污染物。因此，迫切需要研究经济有效的重金属工业废水处理技术，满足日益严格的环保要求和人体健康。
[0003]同时，不断加快的工业化和城市化进程使地球的生态环境遭到了严重破坏，其中影响范围最大的便是温室效应。大气中二氧化碳含量的不断增加是导致温室效应的主要原因之一。气温上升会使亚热带地区干燥化，高纬度地区降雨量增加，海洋中结冰区域减少，冰雪提前融化。为了保护人类赖以生存的地球环境，采取行之有效的措施对二氧化碳进行减排或资源化利用显得十分迫切。
[0004]为此，本领域的技术人员致力于开发一种有效的去除废水中重金属和将CO2还原的装置。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置和方法，能够去除废水中重金属离子和还原CO2。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置，包括反应器，所述反应器包括若干的反应管，所述若干的反应管之间相互串联并相互连通，所述反应器上设有进口和出口，所述进口和出口分别与所述若干的反应管相连且所述进口和出口相互通过所述若干的反应管相通，所述反应管上设有负载光催化剂的吸附材料，当需去除废水中重金属离子时，所述废水通过所述进口进入所述反应管，废水中重金属离子被吸附材料吸附；当需催化还原CO2时，先将含S2‑
溶液通入反应管与吸附的重金属离子原位生成金属硫化物半导体纳米材料；再将CO2气体通入反应管，通过光照、光催化剂和金属硫化物半导体纳米材料的协同作用催化还原CO2。
[0007]优选的：所述若干的反应管竖直布置。
[0008]优选的：所述吸附材料由多孔吸附材料制成。
[0009]优选的：所述多孔吸附材料的表面含有亲水官能团。
[0010]优选的：还包括外壳，所述外壳内设有恒温腔，所述外壳上设有恒温液进口和恒温液出口，所述恒温液进口和恒温液出口分别与所述恒温腔相通且所述恒温液进口和恒温液
出口相互通过所述恒温腔相通，所述反应器设于所述恒温腔中。
[0011]优选的：所述反应器还包括内壳，所述若干的反应管设于所述内壳内。
[0012]优选的：所述内壳的内表面还设有反光层。
[0013]优选的：还包括光源，所述光源位于所述反应管的上方。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种利用废水中重金属离子还原CO2的方法，使用上述装置，包括以下步骤：
[0015]步骤1，将含有重金属离子的废水通过所述反应管的进口进入所述反应管，重金属离子被吸附材料吸附后再通过所述出口排出；
[0016]步骤2，将含S2‑
溶液通过所述进口进入反应管，使吸附材料上吸附的重金属离子与S2‑
充分反应，并原位生成相应的金属硫化物半导体纳米材料，反应后的含少量S2‑
溶液从出口排出；
[0017]步骤3，将CO2气体通过所述进口进入反应管，通过光源照射反应管，并通过吸附材料上负载的光催化剂和生成的金属硫化物半导体纳米材料共同作用催化还原CO2。
[0018]优选的：所述含S2‑
溶液为Na2S溶液。
[0019]本专利技术的一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置及方法，既能去除废水中重金属离子，又利用重金属离子还原CO2。
附图说明
[0020]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0021]图1是本专利技术的实施例的利用废水中重金属离子还原CO2的装置的结构示意图；
[0022]图2是本专利技术的实施例的利用废水中重金属离子还原CO2的装置的俯视结构示意图；
[0023]图3是本专利技术的实施例的利用废水中重金属离子还原CO2的系统的工艺流程示意图。
具体实施方式
[0024]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
[0025]如图1中所示，在本专利技术的实施例中，提供了一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置。
[0026]装置包括反应器，反应器包括若干的反应管1。反应管1即反应发生的场所，采用管状有利于反应效率的提高。
[0027]若干的反应管1之间相互串联并相互连通，从而增加反应管1的反应接触面积。
[0028]并结合如图2中所示，反应器上设有进口2和出口3。进口2和出口3分别与若干的反应管1相连并相互通过若干的反应管1相通。优选进口2和出口3是若干的串联的反应管1的两端的开口。
[0029]反应管1优选由透光多孔材料制成，以便于光线射入和重金属离子吸附。
[0030]反应管1上负载有光催化剂。当需去除废水中重金属离子时，废水通过进口2进入反应管1，废水中重金属离子被吸附后，再通过出口3排出。当需催化还原CO2时，先将含S2‑
溶液通入反应管1与吸附的重金属离子原位生成金属硫化物半导体纳米材料；再将CO2气体通入反应管1，在光照、光催化剂和金属硫化物半导体纳米材料的共同作用催化还原CO2。
[0031]金属硫化物半导体(ZnS，CdS等)纳米材料作为一种窄禁带宽度的半导体，在光电化学、太阳能电池、光催化以及传感器件等领域广泛应用。将光催化剂(TiO2，BiVO4等)与金属硫化物半导体复合，可以提高材料在可见光区域的光谱吸收和光能利用，同时两者形成的异质结有利于光生电子和空穴的分离，表现出髙于单一半导体的光催化性质。
[0032]因此，本专利技术的实施例利用金属硫化物对光催化剂的敏化作用，将重金属离子转变为相应的金属硫化物，并且使其与光催化剂之间形成异质结，这样不但可以这样屏蔽原本重金属离子对光催化剂的毒害作用，甚至可以促进光催化还原CO2的效率。本专利技术的实施例先将光催化剂负载到反应管1上，通过反应管1的多孔吸附性吸附废水中重金属离子，实现重金属离子废水的净化。随后通过通入含S2
‑
的溶液，使S2
‑
与重金属离子原位反应生成金属硫化物半导体纳米材料。最后通过光催化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用废水中重金属离子还原CO2的装置，其特征在于，包括反应器，所述反应器包括若干的反应管，所述若干的反应管之间相互串联并相互连通，所述反应器上设有进口和出口，所述进口和出口分别与所述若干的反应管相连且所述进口和出口相互通过所述若干的反应管相通，所述反应管上设有负载光催化剂的吸附材料，当需去除废水中重金属离子时，所述废水通过所述进口进入所述反应管，废水中重金属离子被吸附材料吸附；当需催化还原CO2时，先将含S2‑
溶液通入反应管与吸附的重金属离子原位生成金属硫化物半导体纳米材料；再将CO2气体通入反应管，通过光照、光催化剂和金属硫化物半导体纳米材料的协同作用催化还原CO2。2.根据权利要求1所述的利用废水中重金属离子还原CO2的装置，其特征在于：所述若干的反应管竖直布置。3.根据权利要求1所述的利用废水中重金属离子还原CO2的装置，其特征在于：所述吸附材料由多孔吸附材料制成。4.根据权利要求3所述的利用废水中重金属离子还原CO2的装置，其特征在于：所述多孔材料的表面含有亲水官能团。5.根据权利要求1所述的利用废水中重金属离子还原CO2的装置，其特征在于：还包括外壳，所述外壳内设有恒温腔，所述外壳上设有恒温液进口和恒温液出口，所述恒温液进口和恒温液出口分别与所述恒温腔相通且所述恒温液进口和恒温液出口相互通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衡，邓茜，陈航榕，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：