水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法；装置包括上储水池、下储水池、连接所述的上储水池以及下储水池的水管、设置在所述的水管上的循环泵、设置在所述的上储水池以及下储水池之间的连接板、设置在所述的连接板上的光催化薄膜以及催化光源；所述的连接板具有一定的倾斜角度。本申请利用势能产生水流并与具有压电特性的光催化材料相互作用原理，设计了一套水流驱动增强的压电光催化装置并用于有机染料的降解。染料的降解。染料的降解。

【技术实现步骤摘要】
水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法


[0001]本专利技术属于光催化剂领域，具体涉及一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法。

技术介绍

[0002]现有压电光催化材料种类很多，如：ZnO，TiO2，BiOI，Bi2WO6，BaTiO3，AgNbO3，KNbO3等非对称材料，而MoO3及其复合材料的压电特性与光催化特性的耦合研究仍未见报道。耦合压电场并利用其对分离电荷的影响来提高光催化效率是提高光催化材料性能的重要手段之一。当前研究中，压电场的引入大多采用机械搅拌和超声波振动完成；而利用高低位置不同蓄积势能而产生水流速度，并与压电光催化材料表面产生力的作用，进而产生压电势来增强光催化活性的研究迄今为止还未见报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置及方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置，包括上储水池、下储水池、连接所述的上储水池以及下储水池的水管、设置在所述的水管上的循环泵、设置在所述的上储水池以及下储水池之间的连接板、设置在所述的连接板上的光催化薄膜以及催化光源；所述的连接板具有一定的倾斜角度。
[0006]所述的连接板的倾斜角度为15
‑
45
°
；所述的光催化薄膜为g
‑
C3N4/MoO3薄膜或者BiOI/ZnO光催化复合薄膜的一种。
[0007]本专利技术还包括一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的方法，使用所述的装置；具体包括下述步骤：
[0008]S1：搭建装置，将上储水池以及下储水池之间使用连接板连接；连接板上铺设光催化薄膜，并安装催化光源；使用水管连接上储水池以及下储水池，并在水管上安装水泵；
[0009]S2：打开催化光源，在下储水池内导入含有有机染料的溶液；使用水泵将其抽至上储水池并通过连接板会回到下储水池内；如此反复。
[0010]优选的，步骤S2中催化光源的照射时间为大于4h。
[0011]优选的，S2中连接板上的水流的流速为0.1
‑
1m/s米/秒，水流的厚度为水流的厚度为0.1
‑
30mm。
[0012]优选的，步骤S2中催化光源的光照的波长为大于420nm的可见光，光功率密度大于45mW
·
cm
‑2。
[0013]优选的，步骤S1中的连接板的斜度为25
°
。
[0014]优选的，步骤S2中含有有机染料的溶液的浓度为：10
‑
200mg/L。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]本申请利用势能产生水流并与具有压电特性的光催化材料相互作用原理，设计了一套水流驱动增强的压电光催化装置并用于有机染料的降解。
[0017]首先，由于含有有机染料的溶液在斜坡段水流深度小于10mm，可见光完全可以穿透有机染料水体，从而提高了光线的利用率；光线穿透力强，能够作用在薄膜上的光通量就大；
[0018]其次，因为相较静止水体，流动水体的溶氧度大大提高，这提高了光生电子与溶解氧的结合，进而有效地抑制了光生空穴与电子的再复合率，达到提高光催化活性的目的。
[0019]再者，由于水体高低位置不同造成的势能差转变为水流及其速度产生的机械冲刷力，进而产生压电势来增强光催化活性。
附图说明
[0020]图1示出本专利技术一种利用水流驱动产生压电场增强光催化降解有机染料的装置的机结构示意图。
[0021]图2示出斜度对于有机染料RhB降解性能比较；
[0022]图3给出了g
‑
C3N4/MoO3薄膜片数对光催化降解有机染料RhB活性的影响；
[0023]图4给出了不同辐照条件状况下有机染料RhB的降解情况；
[0024]图5给出了不同溶液厚度对光催化降解有机染料RhB的影响。
[0025]图6给出了溶液水体流动情况下不同浓度有机染料RhB溶液的压电光催化降解情况。
[0026]图7给出了g
‑
C3N4/MoO3薄膜在3次循环压电光催化有机染料RhB中的性能情况。
[0027]图8给出了BiOI/ZnO复合薄膜在污染有机溶液流动条件下光催化活性的情况。
具体实施方式
[0028]为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0029]图1示出一种利用水流驱动产生压电场增强光催化降解有机染料的装置，包括上储水池2、下储水池1、连接所述的上储水池以及下储水池的水管3、设置在所述的水管上的循环泵4、设置在所述的上储水池以及下储水池之间的连接板5、设置在所述的连接板上的光催化薄膜6以及催化光源(未示出)；所述的连接板具有一定的倾斜角度。
[0030]本实施例中采用的装置组成为：上储水池、下储水池的尺寸分别为100
×
100
×
50mm3和100
×
100
×
100mm3；可活动流水坡道(连接板)的平面尺寸为60
×
120mm2。该坡道上铣削出尺寸为26
×
26
×
1mm3的凹坑用以安放尺寸为25
×
25
×
1mm3的光催化薄膜；装置中水泵的功率是3W，输出效率是240L/h；连接板上的流水的平均流速为0.56米/秒；图2示出光催化降解有机染料RhB效率比较情况。(a)浓度随辐照时间变化情况；(b)降解速率常数。从图2(a)中我们可以看出：在该有机溶液静止不流动的情况下，在270分钟的可见光照射后，其浓度只下降了约10％多一点；而在溶液流动的情况下，在相同的辐照时间条件下，其浓度至少降低了约75％。从图2(b)中我们可以知道：溶液静止情况下，光催化降解速率常数为4.96
×
10
‑4/min；而在溶液流动起来的情况下，当斜坡的倾斜角度为25
°
时，降解速率常数达到最大值8.14
×
10
‑3/min，该常数为静止条件下降解速率常数的16.41倍；即使是在斜坡为45
°
时，
其降解速率常数为流动状态下的最低值5.22
×
10
‑3/min，该数值为静止条件下降解速率常数的10.52倍。这说明水流驱动下的光催化降解有机染料RhB的活性得到了极大地提高。此外，斜坡的角度对光催化有机染料的降解活性有较大影响。我们看到，随着斜坡角度从小变大(0
°‑
45
°
)有机染料降解效率先变大，当斜坡角度为25
°
时，降解效率达到最大，而后随着角度的增大反而降低。斜坡角度主要与经过斜坡的流速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置，其特征在于，包括上储水池、下储水池、连接所述的上储水池以及下储水池的水管、设置在所述的水管上的循环泵、设置在所述的上储水池以及下储水池之间的连接板、设置在所述的连接板上的光催化薄膜以及催化光源；所述的连接板具有一定的倾斜角度。2.根据权利要求1所述的水流驱动增强压电光催化降解有机染料的装置，其特征在于，所述的连接板的倾斜角度为15
‑
45
°
；所述的光催化薄膜为g
‑
C3N4/MoO3薄膜或者BiOI/ZnO光催化复合薄膜的一种。3.一种水流驱动增强压电光催化降解有机染料的方法，其特征在于，使用权利要求1
‑
2任一项所述的装置；具体包括下述步骤：S1：搭建装置，将上储水池以及下储水池之间使用连接板连接；连接板上铺设光催化薄膜，并安装催化光源；使用水管连接上储水池以及下储水池，并在水管上安装水泵；S2：打开催化光源，在下储水池内导入含有有机染料的溶液；使用水泵将其抽至上储水池并通过连接板会回到下储水池内；如此反复。4.根据权利要求3所述的水流驱动增...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝亮，李飞，张焱，刘子畅，孙赫，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：