基于激光催化降解废水中有机物的方法技术

本发明专利技术涉及废水处理技术。本发明专利技术的目的是要解决目前光催化技术时采用传统紫外灯光源或高功率的紫外激光器或近紫外激光器直接照射废水的问题，提供了一种基于激光催化降解废水中有机物的方法问题，其技术方案可概括为：将激光器所发射的激光聚焦于欲处理的废水的水面以下进行照射，以产生激光等离子体。本发明专利技术的有益效果是，易于实现，成本低廉，适用于处理废水中的有机物。理废水中的有机物。理废水中的有机物。

【技术实现步骤摘要】
基于激光催化降解废水中有机物的方法


[0001]本专利技术涉及废水处理技术，特别涉及基于激光处理废水中有机物的技术。

技术介绍

[0002]随着工业化的迅速发展，水环境污染问题日趋严重，尤其在印染纺织行业上产生的废水中有机物浓度高且成分复杂，并且这些染料出了颜色鲜艳会导致美学上的水质恶化和阻碍溶解氧渗透到天然水体中的问题外，某些染料本质上能致癌，严重危害到人们的生活健康，所以解决染料污染问题迫在眉睫，而亚甲基蓝(MB)是废水中典型的有机污染物之一，对其进行降解是治理废水的重要步骤。
[0003]以前解决废水中的有机物采用了多种物理、化学和生物学方法，例如吸附、混凝、膜分离和生物氧化法等，但是这些常规方法通常不足以净化废水，目前利用光催化去除有机污染物的方法因其高效、节能等优点而备受关注，光催化技术是利用光辐射与过氧化氢、氧气等氧化剂结合，产生羟基自由基促进有机物的去除，但是目前关于光催化降解废水中染料(有机物)的研究大多数都是使用氙灯或汞蒸气高压灯为紫外灯光源(即传统的紫外灯光源)和使用二氧化钛(TiO2)作为光催化剂进行的，传统的紫外灯光源发出的是宽波长范围的辐射，并且使用紫外灯会有几个问题：长期的功率不稳定、光子效率低及需要长时间照射污染物才能实现完全矿化以及会有有害汞的存在等，而二氧化钛为代表的传统光催化材料由于禁带宽及量子利用率低，也大大限制了光催化技术的应用范围。
[0004]目前，一种新型、安全且高效的可供选择的光源是激光，由于激光是相干、单色且高度定向的光源，与宽频谱的光源相比较，其入射光子可以被更有效的吸收，从而提高光催化降解速率，但是目前采用激光器对废水中有机物处理时，其研究都集中在采用高功率紫外或近紫外激光器上，且是直接使用紫外或近紫外激光器直接对废水进行照射，令其发生光催化，而高功率紫外或近紫外激光器由于其功耗较高及体积较大等问题，其成本较高，因而不宜使用，目前也并没有使用除紫外激光器及近紫外激光器的激光器对废水进行光催化降解的相关方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决目前光催化技术时采用传统紫外灯光源或高功率的紫外激光器或近紫外激光器直接照射废水的问题，提供了一种基于激光催化降解废水中有机物的方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题采用的一种技术方案是，基于激光催化降解废水中有机物的方法，将激光器所发射的激光聚焦于欲处理的废水的水面以下进行照射，以产生激光等离子体。
[0007]具体的，为提高废水中有机物的降解效率，则将金属置于欲处理的废水中，令激光器所发射的激光聚焦于该金属表面上。
[0008]进一步的，为说明采用何种金属，则所述金属是指不溶于欲处理的废水且不与该
欲处理的废水发生反应的金属；优选为铁或铁合金。
[0009]具体的，为说明采用何种激光器，则所述激光器为近红外激光器，如1064nmNd:YAG激光器。
[0010]本专利技术的有益效果是，在本专利技术方案中，提供了一种基于激光催化降解废水中有机物的方法，其将激光器所发射的激光聚焦于欲处理的废水的水面以下进行照射，以产生激光等离子体，利用激光等离子体产生的紫外光来进行光催化降解废水中的有机物，使得光催化降解技术可使用其他激光器作为激光光源，不再局限于紫外光源(紫外灯或紫外激光器或近紫外激光器)，方便使用，节约成本，且易于实现。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例中处理废水时的示意图。
[0012]图2是本专利技术实施例中五组对照实验中亚甲基蓝随时间的降解效率示意图。
[0013]图3是1064nmNd:YAG激光器的发光光谱图。
[0014]图4是本专利技术实施例中聚焦的1064nmNd:YAG激光器照射亚甲基蓝溶液时亚甲基蓝溶液的发光光谱图。
[0015]图5是本专利技术实施例中在亚甲基蓝溶液中置入铝片后再将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于铝片上照射亚甲基蓝溶液时亚甲基蓝溶液的发光光谱图。
[0016]图6是本专利技术实施例中将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于在空气中的铝片上时铝片的发光光谱图。
[0017]图7是本专利技术实施例中将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于在空气中的铁片上时铁片的发光光谱图。
[0018]图8是本专利技术实施例中在亚甲基蓝溶液中置入铁片后再将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于铁片上照射亚甲基蓝溶液时亚甲基蓝溶液的发光光谱图。
[0019]图9是本专利技术实施例中基于热扩散模型的瞬态表面温度分布示意图。
[0020]图10是本专利技术实施例中在亚甲基蓝溶液中置入铁片后再将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于铁片上照射亚甲基蓝溶液时亚甲基蓝溶液的吸收光谱随时间的变化。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例及附图，详细描述本专利技术的技术方案。
[0022]本专利技术所述的基于激光催化降解废水中有机物的方法为：将激光器所发射的激光聚焦于欲处理的废水的水面以下进行照射，以产生激光等离子体。
[0023]为提高废水中有机物的降解效率，则可将金属置于欲处理的废水中，令激光器所发射的激光聚焦于该金属表面上，应用时的示意图参见图1。
[0024]为说明采用何种金属，则金属是指不溶于欲处理的废水且不与该欲处理的废水发生反应的金属；优选为铁或铁合金。金属的形状可以为片状等各种形状。
[0025]为说明采用何种激光器，则激光器可以为近红外激光器，如1064nmNd:YAG激光器等。
[0026]以下以举例及实验对照的形式对本专利技术进行阐述：
[0027]其中，废水以20mg/L的亚甲基蓝溶液为例，建立五组对照实验，分别为利用未聚焦
的1064nmNd:YAG激光器直接照射亚甲基蓝溶液、聚焦的1064nmNd:YAG激光器照射亚甲基蓝溶液、在亚甲基蓝溶液中置入铝片后再将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于铝片上照射亚甲基蓝溶液、在亚甲基蓝溶液中置入铁片后再将1064nmNd:YAG激光器发出的激光聚焦于铁片上照射亚甲基蓝溶液以及采用450nm的紫外灯直接照射亚甲基蓝溶液；五组对照实验中亚甲基蓝溶液的体积与温度相同，实验结果参见图2。
[0028]分析如下：
[0029]1、未聚焦的1064nmNd:YAG激光器直接照射亚甲基蓝溶液：
[0030]从图2可见，随着时间的增加，亚甲基蓝的降解率几乎没有变化，光照时间为25min(分钟)时降解率只达到了1％左右，亚甲基蓝并未得到去除，该现象的原因是该组实验中的激光器未聚焦时发射出的激光是1064nm波段的红外光，其发光光谱图参见图3，通常亚甲基蓝要实现自降解，其光波波段要小于450nm，因为只有紫外波段会促进水溶液产生羟基自由基，从而降解有机物亚甲基蓝，因此，未聚焦的1064nmNd:YAG激光器，不能降解亚甲基蓝。
[0031]2、聚焦的1064nmNd:YAG激光器照射亚甲基蓝溶液：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光催化降解废水中有机物的方法，其特征在于，将激光器所发射的激光聚焦于欲处理的废水的水面以下进行照射，以产生激光等离子体。2.如权利要求1所述的基于激光催化降解废水中有机物的方法，其特征在于，将金属置于欲处理的废水中，令激光器所发射的激光聚焦于该金属表面上。3.如权利要求2所述的基于激光催化降解废水中有机物的方法，其特征在于，所述金属是指不溶于欲处理的废水且不与该欲处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩敬华，张丽君，江洁，何长涛，冯国英，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：