连续光催化净化湖泊水体装置及净化方法与流程

1.本发明涉及一种连续光催化净化湖泊水体装置及净化方法，属于水处理设备技术领域。


背景技术：

2.近年来随着水污染程度的日益加剧，我国大部分湖泊水体都受到了污染。传统的常规水处理工艺已经不能很好去除湖泊水体中大部分的有机污染物，而且还会生成大量副产物，与此同时水源水污染还存在水中有机物含量不断增多，水质成分越来越复杂的问题。在一些存在难降解有机污染物的河湖水域中不仅难降解的有机物含量逐年升高，而且还发现了环境激素等新的污染物。目前针对河湖水体污染的深度处理技术主要有：生物膜修复技术，人工湿地技术，生态浮岛技术，固定化生物膜技术和光催化技术等。其中光催化技术虽然研究起步相对较晚，但以其对有机物降解彻底，无二次污染等独特的优点成为研究热点。
3.tio2是最早被研究的金属氧化物之一，因其具有氧化还原电位高、催化效率高和稳定性好等优点在环境治理领域备受瞩目。目前tio2的合成方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、水解法等。这些方法合成的tio2材料主要以粉末形式为主，在使用和分离过程中很容易发生质量损失和二次污染，造成光催化性能的衰减和催化剂使用寿命的降低，在实际工程应用上存在很多限制。因此开发新的合成路线实现tio2光催化剂的有效固定，使其具备连续降解水体中有机物的使用能力具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续光催化净化湖泊水体装置及净化方法，其具体技术方案如下：
5.一种连续光催化净化湖泊水体装置，包括壳管，壳管两端各设置多层生物过滤膜，壳管内设置有若干个可见光响应光催化陶瓷网和氙灯光源发生器，可见光响应光催化陶瓷网和氙灯光源发生器间隔放置，壳管外部设置有支架。
6.进一步的，所述可见光响应光催化陶瓷网的制备过程包括：
7.步骤1：制备陶瓷网；
8.步骤1.1：将海泡石破碎成小块形状，再进行细度设在150-300目范围内的球磨，得到海泡石粉；
9.步骤1.2：将步骤1.1得到的海泡石粉放入旋转的造粒锅中，再加入20-30份熔块、10-20份石膏、10-30份氢氧化铝、30-50份膨润土，其余为水，混合均匀得到混合物a；
10.步骤1.3：将步骤1.2中得到的混合物a进行造粒，得到混合物b；
11.步骤1.4：将步骤1.3中得到的混合物b进行成型压出生坯，再将生坯后进行干燥；
12.步骤1.5：将步骤1.4中干燥后的生坯放入500～700℃的辊道窑中烧制成陶瓷网；步骤2：陶瓷网表面附着光催化剂：
13.步骤2.1：将30～40份四异丙醇钛和50～70份异丙醇胺均匀混溶，不断搅拌得到溶液c；
14.步骤2.2：将冰乙酸与去离子水混合得到溶液d，调节溶液d的ph为2-6；
15.步骤2.3：将步骤2.1中得到的溶液c逐滴加入到溶液d中，搅拌5h得到tio2溶胶；
16.步骤2.4：将步骤2.3中得到的tio2溶胶喷涂在步骤1.5中得到的陶瓷网上，再放入600～700℃的马弗炉中煅烧1～3h后得到可见光响应光催化陶瓷网。
17.一种连续光催化湖泊水体净化方法，在河道中并排布置多个权利要求1中所述的连续光催化净化湖泊水体装置，壳管的轴向方向与水流方向平行。
18.一种连续光催化湖泊水体净化方法，在河道中并排布置多个权利要求1中所述的连续光催化净化湖泊水体装置，壳管的轴向方向与水流方向平行。
19.本发明的有益效果是：本发明的连续光催化净化湖泊水体装置无需借助动力装置，湖泊水体直接流入光催化反应设备反应槽中，氙灯光源发生器和光催化陶瓷网均浸没在反应槽的湖泊水体中，湖泊所形成的湍流可以直接冲刷光催化陶瓷网的膜表面，形成错流过滤，减轻膜污染，提高了光催化反应效率，节约了能耗。本发明制备的可见光响应光催化陶瓷网实现了tio2光催化剂的有效固定，克服了tio2光催化剂在处理污水有机物的使用过程中很容易发生质量损失和二次污染的问题。对tio2光催化陶瓷网的高温真空处理可以引入氧空位，可产生可形成的氧空位介于二氧化钛导带和价带之间的新能带，有利于可见光催化效应，表面氧空位可作为电荷陷阱，有助于提高电子空位对的分离效率，从而提高光催化活性。本发明所用的陶瓷网为无机材料，由于无机材料的热稳定性高、机械性能好、结构较稳定、抗化学及微生物腐蚀能力强、再生简易等优点，特别适合于湖泊污染水体的治理，当一些大分子有机物沉积在光催化陶瓷网表面时，在可见光的照射激发下，这些大分子有机物在光催化陶瓷网表面就会被催化降解，不易堵塞污染网孔，从而提高了光催化效率。
附图说明
20.图1是本发明的连续光催化净化水体设备布置于河道中的截面图；
21.图2是本发明的连续光催化净化水体设备剖面图；
22.图中：1—多层生物过滤膜，2—可见光响应光催化陶瓷网，3—氙灯光源发生器，4—支架，5—壳管。
具体实施方式
23.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
24.如图1-2所示，本发明的连续光催化净化湖泊水体装置，包括壳管5，壳管5两端各设置多层生物过滤膜1，管内设置有若干个可见光响应光催化陶瓷网2和氙灯光源发生器3，可见光响应光催化陶瓷网2和氙灯光源发生器3间隔放置，管体两端底部设置有支架4。河道中水体先经过多层生物过滤膜1，多层生物过滤膜1将河道中水预澄清、除颗粒和除菌过滤。再通过可见光响应光催化陶瓷网2，此网在氙灯光源发生器3的可见光照射下对湖泊水体中的有机物具有明显的光催化降解作用，且克服了在使用和分离过程中很容易发生质量损失和二次污染，防止光催化性能的衰减和催化剂使用寿命的降低。此种位置设置既方便放置
又能通过多个可见光响应光催化陶瓷网2尽可能将所有的有机物等水中污染物过滤降解掉，最后得到尽可能最清澈无杂质的水体。
25.一种连续光催化净化湖泊水体装置的使用方法，在河道中并排布置多个连续光催化净化湖泊水体装置，可以适应各种宽度的河道，且可根据河道设计装置大小。方便高效。
26.一种陶瓷网的制备方法，包括以下步骤：
27.步骤1.1：将海泡石破碎成小块形状，再进行细度设在150-300目范围内的球磨，得到海泡石粉；
28.步骤1.2：将步骤1.1得到的海泡石粉放入旋转的造粒锅中，再加入20-30份熔块、10-20份石膏、10-30份氢氧化铝、30-50份膨润土，其余为水，混合均匀得到混合物a；
29.步骤1.3：将步骤1.2中得到的混合物a进行造粒，得到混合物b；
30.步骤1.4：将步骤1.3中得到的混合物b进行成型压出生坯，再将生坯后进行干燥；
31.步骤1.5：将步骤1.4中干燥后的生坯放入500～700℃的辊道窑中烧制成陶瓷网。此陶瓷网为无机材料，由于无机材料的热稳定性高、机械性能好、结构较稳定、抗化学及微生物腐蚀能力强、再生简易等优点，特别适合于湖泊污染水体的治理，当一些大分子有机物沉积在光催化陶瓷网表面时，在可见光的照射激发下，这些大分子有机物在光催化陶瓷网表面就会被催化降解，不易堵塞污染网孔，从而提高了光催化效率。
32.一种光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
33.步骤2.1：将30～40份四异丙醇钛和50～70份异丙醇胺均匀混溶，不断搅拌得到溶液c；
34.步骤2.2：将冰乙酸与去离子水混合得到溶液d，调节溶液d的ph为2-6；
35.步骤2.3：将步骤2.1中得到的溶液c逐滴加入到溶液d中，搅拌5h得到tio2溶胶。得到tio2溶胶，为后续制备可见光响应光催化陶瓷网步骤做准备。
36.一种可见光响应光催化陶瓷网2的制备方法，将步骤2.3中得到的tio2溶胶喷涂在步骤1.5中得到的陶瓷网上，再放入600～700℃的马弗炉中煅烧1～3h后得到可见光响应光催化陶瓷网2。此可见光响应光催化陶瓷网的制备方法实现了tio2光催化剂的有效固定，克服了tio2光催化剂在处理污水有机物的使用过程中很容易发生质量损失和二次污染的问题。对tio2光催化陶瓷网的高温真空处理可以引入氧空位，可产生可形成的氧空位介于二氧化钛导带和价带之间的新能带，有利于可见光催化效应，表面氧空位可作为电荷陷阱，有助于提高电子空位对的分离效率，从而提高光催化活性。
37.以下通过实施例以说明本发明的技术效果：
38.实施例1
39.1.将大块海泡石破碎成小块形状再进行球磨，球磨细度设在150-300目范围内，将球磨好的原料放入旋转的造粒锅中加入25份熔块、15份石膏、20份氢氧化铝、40份膨润土和水进行造粒，将制好的造粒料进行成型压出生坯。将干燥后的生坯放入辊道窑中600℃烧制成陶瓷网。
40.2.将40份四异丙醇钛和60份异丙醇胺均匀混溶，并不断搅拌得到溶液a，再将冰乙酸与去离子水按一定比例混合得到溶液b，调节b溶液的ph值为3，将a溶液逐滴加入到b溶液中，剧烈搅拌5h得到tio2溶胶。
41.3.将tio2溶胶喷涂在陶瓷网上，放于马弗炉中650℃煅烧2h得到可见光响应光催
化瓷砖网。
42.4.以可见光响应光催化瓷砖网为核心部件组装成一套连续光催化净化水体设备。
43.实施例2
44.1.将大块海泡石破碎成小块形状再进行球磨，球磨细度设在150-300目范围内，将球磨好的原料放入旋转的造粒锅中加入25份熔块、15份石膏、20份氢氧化铝、40份膨润土和水进行造粒，将制好的造粒料进行成型压出生坯。将干燥后的生坯放入辊道窑中600℃烧制成陶瓷网。
45.2.将35份四异丙醇钛和65份异丙醇胺均匀混溶，并不断搅拌得到溶液a，再将冰乙酸与去离子水按一定比例混合得到溶液b，调节b溶液的ph值为4，将a溶液逐滴加入到b溶液中，剧烈搅拌5h得到tio2溶胶。
46.3.将tio2溶胶喷涂在陶瓷网上，放于马弗炉中650℃煅烧2h得到可见光响应光催化瓷砖网。
47.4.以可见光响应光催化瓷砖网为核心部件组装成一套连续光催化净化水体设备。
48.实施例3
49.1.将大块海泡石破碎成小块形状再进行球磨，球磨细度设在150-300目范围内，将球磨好的原料放入旋转的造粒锅中加入25份熔块、15份石膏、20份氢氧化铝、40份膨润土和水进行造粒，将制好的造粒料进行成型压出生坯。将干燥后的生坯放入辊道窑中600℃烧制成陶瓷网。
50.2.将30份四异丙醇钛和70份异丙醇胺均匀混溶，并不断搅拌得到溶液a，再将冰乙酸与去离子水按一定比例混合得到溶液b，调节b溶液的ph值为5，将a溶液逐滴加入到b溶液中，剧烈搅拌5h得到tio2溶胶。
51.3.将tio2溶胶喷涂在陶瓷网上，放于马弗炉中650℃煅烧2h得到可见光响应光催化瓷砖网。
52.4.以可见光响应光催化瓷砖网为核心部件组装成一套连续光催化净化水体设备。
53.条件对比例
54.使用其他光催化净化设备对相同水体直接进行净化，记录其对水体各指标的净化值。
[0055][0056]
由上述实施例1-3可得，使用本发明的设备一周后含氧量、氨氮含量、总氮量和总磷量均明显减少，本设备的净化作用效果明显，且制作方便，相比现有技术更简单高效。
[0057]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完
全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。