一种双单元UV光催化氧化反应装置的制作方法

本发明涉及一种双单元uv光催化氧化反应装置，属于高性能新型复合材料技术领域。

背景技术：

随着国民经济的发展和人们生活水平的日益提高，人们的环境保护意识正在日益增强。关于环境保护的法律、法规、规范和标准也相继出台，使得环境保护越来越规范化、制度化。

废气排放主要是指汽车尾气，工厂废气、以及燃烧中产生的二氧化氮、一氧化氮等物质造成的污染，还有过去工厂所使用的有机溶剂挥发到空气中所造成的大气污染。工厂排出的废气中，主要的物质是作为一般溶剂、洗净剂等使用的有机氯化物、氟氯碳化物(cfcs)等，利用光催化剂技术可以将这些有害物质分解成二氧化碳和水等无害物质；由于这些溶剂使用量较大，在进行光催化剂处理时，如何更周密地设计，使光能充分照到光催化剂。目前能有效地处理大量废气vocs的光催化剂处理设备，众多研究学者、院士正在积极研制开发中。

光催化是一种很有前途的解决空气污染物的解决方案。tio2是一种具有吸引力的光催化剂，因为其具有很强的氧化能力，无毒性和长期光稳定性。据报道，tio2光催化剂，通常以高度分散或悬浮的细颗粒/粉末的形式存在于液体介质中。然而，粉末状tio2光催化剂不适合空气净化，因为颗粒可能变得可吸入并导致健康问题。

目前市场上的现有的光催化氧化装置，大都体型较大，装备拆卸比较困难，没有较为简便的，能轻易拆卸安装的反应装置。

技术实现要素：

本发明提供了一种较为简便的光催化氧化反应装置，能根据规格设计，生产不同尺寸大小的反应装置，用于光催化反应系统中，便于拆卸和安装。

本发明采用光催化剂涂覆于泡沫陶瓷上形成介孔薄膜，与uva紫外灯组合，大大提高了光催化降解效率。

本发明提供了一种三维多孔结构泡沫陶瓷固载光催化剂单元反应器，该单元反应器包括十字型金属框架，固定在框架上的把手，三维多孔泡沫陶瓷新型复合泡沫陶瓷固载光催化剂，紫外灯，灯座以及固定螺丝。

一种双单元uv光催化氧化反应装置，所述双单元uv光催化氧化反应装置由两个光催化单元反应器与紫外灯组交替并联叠放而成，每个光催化单元反应器包括外框架、三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂、紫外灯组、灯座；外框架为“田”字状，外框架为矩形框架内设有十字架结构，十字架结构与矩形框架之间填充有三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂，外框架的个数为两个且相互平行，两个外框架之间设有紫外灯组，紫外灯组为数个竖直放置的紫外灯管，紫外灯管的顶端和底端与外框架之间通过灯座相互连接，每个光催化单元反应器的两个外框架之间通过固定架连接固定。

进一步地，上述技术方案中，光催化单元反应器各部件之间通过螺丝连接固定。

进一步地，上述技术方案中，所述外框架为金属材质。

进一步地，上述技术方案中，所述外框架顶端设有把手。

进一步地，上述技术方案中，三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂通过如下方法制备：以泡沫陶瓷板为载体，复合固载光催化剂为浸渍液，超声波一次性浸渍20～40min，干燥箱80～120℃恒温干燥2～3h，使干燥后的泡沫陶瓷板的复合固载光催化剂含浸量达到重量比0.8％-1.5％。

进一步地，上述技术方案中，所述复合固载光催化剂通过如下方法制备：

一、磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液的制备

(1)磷酸钛化合物水溶液：将ticl4、无水乙醇、磷酸，140～150℃条件下水热反应，合成1～1.5wt％的磷酸钛化合物水溶液；

(2)硫酸氧钛无机溶胶：将固含量90％以上的硫酸氧钛溶解于水中，于500～600℃条件下进行水热反应，得到硫酸氧钛无机溶胶；

(3)复合磷酸钛二氧化钛溶胶水溶液：将磷酸钛化合物水溶液与硫酸氧钛无机溶胶按体积比为10:4～6混匀后调ph值至6～7；在50～80℃搅拌的条件下，加入体积比为10～11：2的硅酸钠·硝酸·乙醇的混合溶液，其中，硝酸·乙醇溶液的体积比1：3～4，使混合溶液ph值为1～2，加热搅拌1～2h，室温静置，即得磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液；

二、过氧化钛无机溶胶的制备

将质量浓度为9～9.2％的tioso4溶液与0.04～0.06％的氨水溶液按质量比为1：0.3～0.36混合，定容沉淀至10l；静置12～14h后，去掉1/2～2/3的上清液，再次定容至10l，于大于2500rpm的转速下离心2-3次、沉淀重新定容至10l；加入等体积的h2o2后进行100～110℃的热处理，恒温30～35min后，加入去离子水定容至20l，得氢氧化钛无机溶胶水溶液；

将氢氧化钛无机溶胶水溶液于500～520℃反应30～35分钟，老化12～14小时，得锐钛矿型结晶体tio2水溶液；锐钛矿型结晶体tio2经850～855℃烧结，得金红石矿型结晶体tio2水溶液；将锐钛矿型结晶体tio2水溶液和金红石矿型结晶体tio2水溶液按体积比6～7:3～4进行100～110℃水热反应4～5h，静置12～14小时，即得过氧化钛无机溶胶；

三、复合固载光催化剂的制备方法

将磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液、过氧化钛无机溶胶和水按重量比为1～3:1～3:5～9混合均匀，即得复合固载光催化剂。

进一步地，上述技术方案中，所述复合固载光催化剂的ph值为6～8。

进一步地，上述技术方案中，所述紫外灯组至少包括3只18wuva紫外灯，双面结合，使固载光催化能充分被紫外光照射，具有较高的光催化氧化活性反应；载体及涂膜两大比表面积的结合，氧化分解速率可提高至5-6倍。

进一步地，上述技术方案中，紫外灯灯管表面均匀喷涂一层厚度为万分之二毫米的复合固载光催化剂，干燥后生成一层光催化剂薄膜。

双单元uv光催化氧化反应装置，使用三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂增强气流流动涡流的均匀混合，为催化氧化体系提供了优异的气体流动动力学性能。

双单元uv光催化氧化反应装置，使反应气体和泡沫陶瓷固载光催化剂表面之间充分均匀的接触，使之产生较高的uv光催化氧化效率。

双单元uv光催化氧化反应装置，可以组合成双单元(固载光催化剂、紫外灯、固载光催化剂)、多单元反应系统(新型复合固载光催化剂、紫外灯、新型复合固载光催化剂、紫外灯、新型复合固载光催化剂等交替排布)，适合不同规模的vocs净化装备的设计要求。

双单元uv光催化氧化反应装置，通过多单元组合形成工业vocs净化装备的uv光催化氧化净化系统，从而实现光催化技术工业化应用。

双单元uv光催化氧化反应装置，结构设计拆卸、安装简单，uva灯管表面采用光催化技术处理，防污自洁，长时间使用不会被污染，不影响紫外光的强度，确保紫外线灯可以长期稳定的输出，同时具有分解有机物的性能。

双单元uv光催化氧化反应装置，所采用的泡沫陶瓷固载光催化剂再生方法简便，在自然光条件下72小时(3昼夜)，既可达到复原再生效果、节能环保、使用寿命长、无污染排放。

本发明：双单元uv光催化氧化反应装置，三维多孔结构泡沫陶瓷通过新型复合光催化剂，一次性浸渍负载的制备方法，在载体结构表面形成复合光催化剂介孔涂膜，双面组合，与uva紫外灯组结合，大大增加光催化氧化分解效率；uv多孔光催化单元反应器颠覆了以往金属网状光触媒反应器，可以实现单元组合，用于工业vocs废气排放净化处理装备。

三维多孔结构泡沫陶瓷固载光催化剂，通过一次性浸渍、负载、干燥，大大缩短了制备工艺流程所需时间，实现工业化、商品化生产，改变了传统溶胶-凝胶制备方法多次浸渍、干燥、烧结的工艺流程；三维多孔结构泡沫陶瓷固载光催化剂，能在太阳能条件下对空气中的污染物质和vocs分解成无毒无害物质，不留二次污染；氧化能力较强，对绝大多数有机物均有效，且可进行再生反应，“零”污染产生，可多次反复使用，对分解效能没有影响，属于环境友好的绿色环保产品。

uva紫外线灯会裂解恶臭气体(工业vocs)中的分子键，破坏细菌的dna，使之变成极不稳定的碳键、-oh、o离子。高能紫外线可裂解恶臭气体物质有：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫醚、二硫化碳和苯乙烯，硫化物h2s、vocs类、苯、甲苯、二甲苯。这些恶臭物质分子键断裂后，高能紫外灯会使氧气变成臭氧，使这些呈游离状态的污染物原子(或原子团)被臭氧氧化成小分子无害或低害物质，如co2、h2o等。

uva紫外灯采用独特的汞齐技术，即使用汞和其他金属构成的合金，能够降低能耗，延长使用寿命，使灯管能够水平或垂直安装；可产生标准紫外灯3倍的紫外线；灯管采用石英玻璃，在其表面均匀的喷涂一层新型复合固载光催化剂，进行光催化技术处理，干燥后在生成一层光催化剂薄膜，能有效分解有机物，达到防污自洁的效果，以确保紫外灯能够长时间稳定输出；具有13000小时超长寿命；在极端外部环境下也能保持持续稳定的高强度紫外线输出；厚度均匀，防震防损，便于安装。也可使用日光灯和led灯代替来uva紫外灯，以适应不同环境的实际应用。

金属框架可以采用304不锈钢、不锈钢铝型材及轻钢材料等制作，可根据需要制作不同规格，拆卸、组装简单，且经久耐用，可自由组装，组成多单元反应器用于工业用大型vocs废气净化排放设备。

附图说明

图1为光催化氧化单元反应器主视图。

图2为光催化氧化单元反应器右视剖面图。

图3为光催化氧化单元反应器立体结构示意图。

图4为光催化氧化单元反应器外框架示意图。

图中，1、三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂；2、外框架；3、把手；4、紫外灯；5、灯座；6、固定架；7、螺丝孔。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

下面结合附图1～图4，对本发明做进一步说明：

一种双单元uv光催化氧化反应装置，所述双单元uv光催化氧化反应装置由两个光催化单元反应器与紫外灯组交替并联叠放而成，每个光催化单元反应器包括外框架2、三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂1、紫外灯组4、灯座5，外框架2为“田”字状，外框架2为矩形框架内设有十字架结构，十字架结构与矩形框架之间填充有三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂1，外框架2的个数为两个且相互平行，两个外框架2之间设有紫外灯组4，紫外灯组4为数个竖直放置的紫外灯管，紫外灯管的顶端和底端与外框架2之间通过灯座5相互连接，每个光催化单元反应器的两个外框架2之间通过固定架6连接固定。光催化单元反应器之间通过螺丝连接固定。所述外框架2为金属材质。所述外框架2顶端设有把手3。

三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂通过如下方法制备：以泡沫陶瓷板为载体，复合固载光催化剂为浸渍液，超声波一次性浸渍20～40min，干燥箱80～120℃恒温干燥2～3h，使干燥后的泡沫陶瓷板的复合固载光催化剂含浸量达到重量比0.8％-1.5％。

所述新型复合固载光催化剂通过如下方法制备：将磷酸钛、过氧化钛无机溶胶和水按重量比为1～3:1～3:5～9混合均匀，所得溶液的ph为6～8，所得溶液为乳白色溶液。

所述紫外灯组4至少包括3只18wuva紫外灯。紫外灯灯管表面采用光催化技术处理。紫外灯灯管表面均匀喷涂一层复合固载光催化剂，干燥后生成一层光催化剂薄膜。

所述三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂与紫外灯交替组合，增大比表面积，增大活性反应速率；uva紫外灯组，灯管采用石英玻璃，表面喷涂一层复合固载光催化剂，进行光催化技术处理，达到防污自洁效果，以确保紫外灯能够长时间稳定输出，延长使用寿命；金属外框架采用304不锈钢、不锈钢铝型材及轻钢材料等制作而成的异型架构框架，使用螺丝固定，无需焊接，装卸简单方便；采用主要用于固定uva紫外线灯组，安装三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂；中间设有连接固定架，以调节三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂规格的正负差和外框架的牢固性；外框架两侧中间位置设有螺丝孔7，可以将固定架6的两端与外框架2通过螺丝孔7固定连接。外框架采用槽型不锈钢，稳定三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂和uva紫外线灯的电路及开关系统。

双单元uv光催化氧化反应装置的优势在于，三维多孔泡沫陶瓷新型复合固载光催化剂的比表面积大，分解效率高；uva紫外线照射均匀，活性反应效率高；金属框架制作简单，便于拆装；用于环境净化装置及工业vocs废气排放净化系统，可进行多单元组合，便于安装；也可单独作为配件使用，可根据不同设计要求，设计不同规格的双面uv光催化氧化反应装置，实现商品化生产。

实施例2

本发明所述新型复合固载光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液的制备

(1)磷酸钛化合物水溶液：

将ticl4和无水乙醇按体积比1:15的比例混和、于反应釜中搅拌均匀后，再加入10g的磷酸溶液，140℃条件下水热反应充分混和均匀，即可得到1～1.5wt％的磷酸钛化合物水溶液。

(2)硫酸氧钛无机溶胶：

将固含量90％以上的硫酸氧钛溶解于水中，于500～600℃条件下进行水热反应，得到硫酸氧钛无机溶胶；

(3)复合磷酸钛二氧化钛溶胶水溶液：

(4)将磷酸钛化合物水溶液与硫酸氧钛无机溶胶按体积比为10:4～6混匀后调ph值至6～7；在50～80℃搅拌的条件下，加入体积比为10:2硅酸钠·硝酸·乙醇的混合溶液，硝酸·乙醇溶液的体积比1:3，使混合溶液ph值为1～2，加热搅拌1～2h，室温静置，即得磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液；

二、过氧化钛无机溶胶的制备

取4.4kg质量浓度为9％的tioso4溶液，加入1.56kg0.05％的氨水溶液，定容沉淀10l；静置12h后，去掉一半的上清液，重新定容至10l，重复2-3次离心(2500rpm转速以上)、沉淀、重新定容；再1:1与1kg的h2o2进行100℃的热处理，恒温30min后，加入去离子水定容至20l，得氢氧化钛无机溶胶水溶液；

将氢氧化钛无机溶胶水溶液倒入1l的高压釜中，经500℃高温高压反应30分钟，老化12小时，由氢氧化钛转变成锐钛矿型结晶体tio2。再经高温850℃烧结，由锐钛矿型晶体tio2转化成金红石矿型结晶体tio2水溶液。将浓度调整后的锐钛矿型结晶体tio2水溶液和浓度调整后的金红石矿型结晶体tio2水溶液按体积比6～7:3～4的比例进行100℃水热合成4h，静置12小时，形成乳白色混晶tio2复合水溶液。

步骤三、新型复合固载光催化剂的制备方法

称取100g步骤一制备的磷酸钛·二氧化钛溶胶水溶液与100g步骤二制备的过氧化钛无机溶胶，将二者与800g的水，进行水解，搅拌、混合形成浸渍液，即新型复合固载光催化剂。