一种污水处理用光催化反应装置

关键词： 无毒 氧化锌 材料 环境

环境光催化技术依靠一些半导体材料如:二氧化钛、二氧化锌等自身的性能, 在光的作用下污染物在材料表面发生化学反应, 生成一些对环境无毒无害的小分子物质, 从而达到净化的目的。该方法无毒、环保、能耗低, 因此受到了国内外研究者的极大关注。

1 传统检测设备及工作流程

下图是常见的一种反应容器, 其主要包括三个部分, 电源, 反应容器, 搅拌装置。其工作流程如下:首先, 在烧杯中配制一定浓度的待降解染料, 加入一定量的催化剂, 超声使催化剂完全分散。然后连接好装置, 将溶液由取样口倒入反应容器, 开启搅拌装置, 使催化剂不至于沉底, 再打开光源电源, 开始进行反应。反应开始后, 每隔一定时间用滴管从取样口中吸取3-5m L溶液, 待反应结束后, 将溶液在离心机中离心, 取上层清液在紫外-可见分光光度计中测试其吸光度, 根据吸光度的变化, 判断其降解效果。

2 传统检测设备的不足

首先, 其操作过程比较复杂, 步骤繁多, 反应过程中必须时刻等待取样, 耗费人力。其次, 反应结束后得到的数据为一个一个离散的点, 无法有效反映点与点之间细微的浓度变化, 只能获得一个大概的变化趋势, 不利于围观分析。更重要的是, 使用其检测时只能使用粉末状的催化剂, 而目前研究者正大力开发固定化的催化剂, 如薄膜催化剂。

3 新系统的构造和工作流程

针对以上不足, 我们设计了一款自动化的光催化反应系统。如图2所示, 该系统主要包括两个部分, 一个是催化反应系统, 另一个是数字监测系统。首先是催化反应系统, 在一个固定体积容器中设计了一个进水口和一个出水口, 用于水样的进出, 当水样从进水口进入后, 首先经过一道过滤装置, 以使其中的大颗粒不溶物质直接过滤掉, 过滤后的水样再经过载有催化剂的薄膜, 在光源的配合下发生光催化反应, 使其中的有机污染物得到降解, 然后经出水口离开。如果是粉末样品, 则将其中的薄膜部分取下, 在出水口的前端加入微孔滤膜, 将粉末样品直接放入两块滤膜之间, 再搅拌即可实现光催化反应。为了便于反应过程中的控制和监测, 在该系统中引入了一个数字控制和监测装置, 主要包括传感器、光源、控制器、显示器、水泵、搅拌器。光源位于反应容器中央, 同时为了更有效利用光能, 在反应容器内壁加入反射装置, 使光路在容器中来回反射, 提高光利用效率, 通过与控制器连接, 主要是为了使整个系统在一个控制界面上完成控制。传感器分别置于进水口、反应容器中央和出水口, 可以实时反馈系统中各个区域的水质变化, 是这套装置中最核心的部分。水泵的作用是为了防止反应后的水质不达标而需要将其重新送入系统中时而设置的。该系统不仅适用于一般实验室内的光催化反应实验还可以作为家用净水装置。

4 结语

实验结果数字化显示, 大大提高了检测的效率, 节省了人力, 得到的结果也更加准确, 能大大的减少了原来处理污水过程中的繁杂程序过程, 使用方便, 简单, 使用该设备不需要进行使用设备的人员培训过程, 在资金上也减少的大部分资金开支, 使用该设备更加的环保, 适合现代社会的发展需要。同时, 该系统还可以作为家用的纯水净化装置, 具有实用, 节能等特点。另外, 该装置稍作改进还可以应用到一些工业级大型污水处理厂, 自来水厂等。该设备真正实现了现代社会的自动化处理系统设备。