一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器

摘要

本发明公开了一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器，包括壳体、气体处理区和液体处理区。气体处理区设置于壳体中间，液体处理区设置于壳体上下端，两者隔离开来。该装置可同时降解液相和气相污染物，固定膜式催化剂可有效解决催化剂的分离和重复利用问题，转盘及扇叶旋转可有效解决液体和气体的传质限制，点光源、反光镜、灯管的配合使用有助于光利用效率的提高。通过在转盘上设置催化剂附着装置和在扇叶表面采用微蜂巢设计，可以增大催化剂附着面积，暴露更多的活性位点，从而提高催化效率。此反应器结构简单，操作方便，易于放大。

说明书

技术领域

本发明属于光催化污染物降解技术领域，尤其涉及一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器装置。

背景技术

目前,生活污水和工业废水的种类和排放量日益增多,成分日益复杂,含有许多难降解有机物,如酚、烷基苯磺酸、氯苯酚、农药、多氯联苯、多环芳烃、硝基芳烃化合物、染料及腐殖酸等，其中有些有机物甚至具有致癌、致畸、致突变等作用,对环境和人类有巨大的危害。

光催化氧化技术的原理是利用能量等于或大于半导体材料(TiO

经过近40年发展，光催化领域的研究工作多集中在催化剂制备、理论基础研究及基础应用方面，而光催化技术的工程应用，成功工业化的例子至今还没有，光催化反应器这一环节的缺失，制约着光催化技术从实验室走向工程应用。

目前，光反应器的种类按催化剂的存在状态可以分为3种：(1)悬浮式光反应器，主要有新型脉冲挡板管式光反应器，泰勒漩涡反应器，传统悬浮式光反应器；(2)镀膜催化剂反应器(如将二氧化钛光催化剂涂抹在反应器的内外壁、光纤材料和灯管壁等上面)；(3)填充床式光催化反应器(在反应器内填充二氧化钛颗粒或者上面覆盖有二氧化钛膜的硅胶、1-氧化铝、石英砂、玻璃珠等)。

表1三种反应器优缺点

设计一种能够进行大规模工业应用的光催化反应器，需要对反应器在界面、传质、光接收各方面同步优化，既要像悬浮式反应器那样具有良好的传质，又要有固定膜式反应器不需要催化剂分离的特性，同时也要兼顾良好的光照射分布，减少光的传递损失，在此基础上提高单位体积催化剂比表面积。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题：提供了一种多用固定膜式转盘光催化反应器。该反应器可同时降解液相和气相污染物，构造可运动的特殊结构以实现反应物连续传递且避免催化剂分离问题，并通过结构设计充分利用反应器有限的空间，最大化提高催化剂的利用率和增大接触面积，再通过对光源的合理选择和容器内部反光材料的应用提高光的利用效率。此外，本发明通过可拆卸催化剂附着装置的设计，极大地提高更换催化剂效率，可用于不同的催化反应，适用面更广。本发明在界面、传质、光吸收等方面全面协同优化，且具有结构简单，构建成本低，催化剂利用率高等优势。

本发明提供的技术方案如下：

一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器，包括壳体、气体处理区和液体处理区；

所述气体处理区设置于壳体中间，液体处理区设置于壳体上下端，两者独立隔离开来；

液体处理区：

所述上部液体处理区包括光源，第一进液管和第一、二转盘；所述进液管下端开有小孔，小孔之间设置有第一、二转盘；

所述下部液体处理区包括光源、第二进液管和第三、四转盘；所述进液管上端开有小孔，小孔之间设置有第三、四转盘；

所述气体处理区和下部液体处理区外壁与壳体内壁之间设置有分流片；

所述下部液体处理区设置有排水口；

气体处理区：

所述气体处理区包括进气口、出气口、中央灯管和扇叶；

所述中央灯管设置在腔室中轴处；

扇叶环形设置于中轴上；

进出气口设置在腔室侧壁；

所述中央灯管连接到下部进水管，两者通过转轴驱动；

所述第一、二、三、四转盘上设置有催化剂附着装置；

扇叶上涂敷有催化剂。

进一步，所述壳体内壁涂覆有反光涂层。

进一步，所述第一、二、三、四转盘为透明材质。

进一步，所述分流片上端连接于壳体内壁，下端连接于相对腔室的外壁，形成高度差，与外壁的连接处间隔设置有缝隙；反应器中设置有多块间隔环形分布的分流片。

进一步，所述进出气口均为伸缩管结构。伸缩管结构方便拆卸和安装。

进一步，反应器中设置有多块环形分布的分流片。

进一步，所述气体处理区反应腔室外壁和下部液体处理区腔室外壁均涂覆有催化剂。该两位置涂覆催化剂利于从液体处理区引流下来的反应物进一步催化，使得催化作用最大化。

进一步，所述催化剂附着装置为一端封闭的筒体结构，内壁设置有螺纹。

进一步，所述多个催化剂附着装置螺纹连接于转盘上下表面。

进一步，所述扇叶为可拆卸风扇，扇叶表面为微蜂巢结构并涂覆有催化剂。微蜂巢结构为上端敞口，下端封闭，上下平面均为正六边形，下表面比上表面略小，倒六棱台状浅口结构。

进一步，所述壳体外壁设置有太阳能电池板，并给反应器提供电能。优选的，所述太阳能电池板为柔性太阳能电池板。

本发明的有益效果：

1、本发明设计一种可同时降解气相和液相污染物固定膜式转盘光催化反应器，气相和液相催化反应可独立进行，共享光源，最大化光源利用率，且能有效解决催化剂的分离和重复利用；；

2、采用大表面的转盘和扇叶设计，增大催化剂的附着面积，暴露更多的活性位点，提高传质催化效率；

3、上下液体处理区均设置有两个转盘，对液体形成夹合式结构，提高催化效率；

4、采用可拆卸催化装置，极大地提高更换催化剂效率，可用于不同的催化反应，适用面更广；

5、分流片的导流提高反应物在反应器中的反应时间；

6、本发明提供的装置，结构简单、构建成本低廉、催化效率高。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的剖视图；

图中，1-第一进液管，2-第二进液管，3-第一转盘，4-第二转盘，5-第三转盘，6-第四转盘，7、8-点光源，9-中央灯管，10-扇叶，11-进气口；12-出气口；13-分流片，14、15-反光涂层，16、17-排水口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。

实施例

图1、2示出了本实施例的结构。一种多用固定膜式光催化液相/气相污染物降解反应器，包括壳体、气体处理区和液体处理区。壳体内壁涂覆有反光涂层。气体处理区设置于壳体中间，液体处理区设置于壳体上下端，两者独立隔离开来独立运行。

1、液体处理区：

上部液体处理区包括光源7，第一进液管1和第一、二转盘；所述进液管下端开有小孔，小孔之间设置有第一、二转盘。

下部液体处理区包括光源8、第二进液管2和第三、四转盘；所述进液管上端开有小孔，小孔之间设置有第三、四转盘。

所述气体处理区和下部液体处理区外壁与壳体内壁之间设置有分流片13；分流片13上端连接于壳体内壁，下端连接于相对腔室的外壁，形成高度差，与外壁的连接处间隔设置有缝隙；反应器中设置有多块间隔环形分布的分流片。

所述下部液体处理区设置有排水口。

所述第一、二、三、四转盘为透明材质。转盘上下表面螺纹连接有多个催化剂附着装置。所述催化剂附着装置为一端封闭的筒体结构，内壁设置有螺纹。

2、气体处理区：

所述气体处理区包括进气口11、出气口12、中央灯管9和扇叶10；

所述中央灯管9设置在腔室中轴处；

三片扇叶10环形设置于中轴上；

进出气口设置在腔室侧壁；

所述中央灯管9连接到下部进水管2，两者通过转轴驱动。

进出气口均为伸缩管结构。伸缩管结构方便拆卸和安装。

扇叶10为可拆卸风扇，扇叶表面为微蜂巢结构并涂覆有催化剂。微蜂巢结构为上端敞口，下端封闭，上下平面均为正六边形，下表面比上表面略小，倒六棱台状浅口结构。

壳体外壁设置有柔性太阳能电池板，并给反应器提供电能。

气体处理区反应腔室外壁和下部液体处理区腔室外壁均涂覆有催化剂。

该装置可同时进行气液相的催化反应。气相从进气口进气，经过气相处理区催化后从出气口排出。液相分别从进液管1、2进液，从小孔喷出，经转盘上的催化装置催化后，通过转盘甩出流到壳体部分内壁，再经分流板部分引流到气体处理区反应腔室外壁和下部液体处理区腔室外壁进一步进行催化进行充分反应，最后经排液口排出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。