一种磁场感应式光催化反应器及其降解使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁场感应式光催化反应器，属于光催化反应技术领域。
【背景技术】
[0002] 光催化反应技术是一种高效洁净的废水处理技术，但是还未应用于实际，主要是 因为反应效率低，体现在光生电子与空穴的复合率较高；光照不均，光源的能量利用率低 等。为了提高光催化过程的量子效率和能量利用率，除了对光催化剂的组成和结构进行改 性（如金属离子掺杂、贵金属沉积、酸性调变、表面负载化和半导体复合等）外，还可以对光 催化反应器进行改进，在光催化体系附加外场，包括微波场、电场、超声波场和磁场等，以使 外加能量场与光场产生耦合效应，促使光生载流子的有效分离，从而达到延长其寿命，并提 高光催化反应总量子效率的目的。
[0003]目前，为了提高光催化反应的效率，国内外设计出了各种光催化反应器，有悬浮式 光催化反应器、固定床式光催化反应器、光纤型反应器等。
[0004] 悬浮式光催化反应器一般为柱状，TiO2W粉体的形式填充在反应器中，通过鼓气 或搅拌等方法使TiO2粉体与有机污染物充分接触。这样的1102粉体比表面积大、传质效果 好，但同时光催化的降解率较低，当增加TiO2粉体浓度时会降低光的穿透效率，并且1102粉 体难与溶液分离并回收。Puma等设计了喷泉式光催化反应器，将TiO2粉体混合于待处理溶 液中，溶液流经喷嘴在空气中形成一层液膜，通过紫外光的照射，降解污染物。这种反应器 的光催化效率很高、传质效果好，不会因为TiO2粉体的增加而降低光的吸收效率，但是TiO2 粉体与溶液的分离过程较复杂（PumaG.L.,YuepL.，Anovelfountainphotocatalytic reactor:modeldevelopmentandexperimentalvalidation[J].ChemicalEngineering Science, 2001，56(8) :p. 2733-2744) 〇
[0005] 固定床式光催化反应器主要是将具有适当形式的催化剂填充在反应器中，进行光 催化反应。江立文等人设计了一种中试规模的固定式填充床光催化反应器（以普通玻璃片 和石英螺旋圈为载体的负载型光催化剂，分别置于反应器的内壁和内部），以难降解有机物 亚甲基蓝作为模型污染物进行研宄（江立文，丰桂珍，万金宝.固定式填充复合床光催化反 应器设计影响因素的研宄[J].水处理技术，2007, 33 (8) :23-25)。光照180min后，未放置 负载型薄膜光催化剂时的溶液降解脱色效率为23. 9%，而放置普通玻璃片和石英螺旋圈载 体薄膜光催化剂时的降解脱色效率可达到93. 8%，这表明：为了充分利用紫外光辐射光子 的能量，合理地在反应器的有效空间中设置一定数量的负载型光催化剂填料，可以较大提 高光催化反应器的降解效率。但是在固定床式反应器中，光催化材料的有效反应面积减小， 催化剂和反应物的接触面积不高。
[0006] 光纤型反应器的构型最初是由Marinangeli和Ollis提出的，是以光纤作为TiO2 的负载基底及紫外光的传输媒介，直接将光传导至TiO2，提高了光的利用率，增大了 1102的 光照比表面积，并且光纤型反应器能够利用太阳光代替人工光源使光催化降解过程更节能 环保（MarinangeliR.E. ,OllisD.F. ,Photo-assistedheterogeneouscatalysiswith opticalfiber:I.Isolatedsinglefiber.AIChEJ, 1977,23:415-426)。胡艳等人设计出 了弥散型光纤反应器（弥散光纤是由石英芯纤维和硅橡胶包层构成，包层中加入一定比例 的弥散剂），将锐钛矿型TiO2负载在新型透紫外光型弥散光纤上，场发射扫描电子显微镜 (FE-SEM)照片表明TiO2膜与弥散光纤的结合性很好，负载TiO2的单根弥散光纤对活性艳红 X-3B的降解结果表明，弥散光纤的侧面散射紫外光能够激发TiO2发生光催化氧化反应（胡 艳，徐晶晶，袁春伟等.负载纳米二氧化钛的弥散光纤在光催化废水处理中的应用[J].科 学通报，2005, 50 (19) : 2169-2173)。这种负载TiO2的新型透紫外光型弥散光纤为光纤型反 应器在光催化降解有机污染物中的应用开拓了新思路。但光纤式反应器仍存在不足，如价 格昂贵，光照不均匀，靠近光纤光照较强，远离光纤光照较弱。
[0007] 光催化反应器是光催化技术的核心，它的结构直接决定了光催化处理污染物的效 果。理想的光催化反应器应该具有低的能源消耗和高的能源效率。因此我们要在传统光 催化反应器的基础上，进行结构改善和进一步优化，优化反应器使光源在反应液中的光照 条件，提高光源的有效利用率，设计出新型合理实用的光催化反应器，以期用于实际废水处 理。研宄表明恒定磁场对光催化反应具有协同效应（张雯，王绪绪，付贤智.Pt/Ti02光催 化降解苯的磁场效应研宄[J].化学学报，2005,63 (8) :715-719.)，外加磁场不仅延长了光 生载流子的寿命，而且提高了某些中间体的转化率，从而改善了光催化降解反应的活性。外 加交变磁场对光催化反应的影响及基于电磁感应原理的光催化反应器未见文献报道。
【发明内容】
[0008] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种磁场感应式光催化 反应器，本发明的催化反应器光源无需外接电源线即可在反应液中产生光照，同时具有低 的能源消耗和高的能源效率。
[0009] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0010] 一种磁场感应式光催化反应器，包括微型感应式光源、反应池和交变磁场，所述微 型感应式光源设置于反应池内，而所述反应池设置于交变磁场内；所述交变磁场通过电磁 感应使微型感应式光源发光，形成交变磁场与光耦合作用的感应式光催化反应器。
[0011] 优选的：所述微型感应式光源均匀分布在反应池中。
[0012] 优选的：所述微型感应式光源包括微型电感线圈和两个LED灯，且该两只LED灯的 引脚反相并联，同时并联后的LED灯引脚与微型电感线圈两输出引脚相连接。
[0013] 优选的：所述交变磁场的产生器包括交变磁场产生线圈和高频交流电源系统；所 述反应池设置于交变磁场产生线圈内；所述高频交流电源系统包括信号源、控制单元以及 功率放大器，所述信号源、功率放大器相以及交变磁场产生线圈依次连接，且所述控制单元 分别与信号源与功率放大器连接；所述信号源用于产生正弦交流信号，经功率放大器放大 后，作用在交变磁场产生线圈上，使线圈产生交变磁场；而控制单元用于控制信号源产生正 弦交流信号频率以及控制功率放大器放大电流的大小。
[0014] 进一步地：所述反应池上设置有液体循环系统，所述液体循环系统包括依次连接 的进液管、循环液泵和出液管；所述出液管与反应池的上端出液口连接，而所述进液管与反 应池的底端进液口连接。
[0015] 进一步地：所述反应池中设置有微孔板，所述微孔板位于反应池的底端进液口与 微型感应式光源之间。
[0016] 进一步地：所述反应池上设置有进气系统，所述进气系统包括空气泵，所述空气泵 通过进气管与反应池的底端连接。
[0017] 进一步地：所述LED灯的波长375-380nm;所述交变磁场产生线圈的圈数为100 圈，微型电感线圈的感抗均为33mH，内阻为59Q。
[0018]