《一种三相三维电极光电催化反应器及其应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种三相三维电极光电催化反应器及其应用.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102424452 A (43)申请公布日 2012.04.25 C N 1 0 2 4 2 4 4 5 2 A *CN102424452A* (21)申请号 201110240801.1 (22)申请日 2011.08.22 C02F 1/32(2006.01) C02F 1/46(2006.01) C02F 1/00(2006.01) C02F 103/30(2006.01) C02F 101/30(2006.01) (71)申请人上海电力学院 地址 200090 上海市杨浦区平凉路2103号 (72)发明人高立新 刘涛 何康宁 张大全 (74)专利代理机构上海申。
2、汇专利代理有限公司 31001 代理人吴宝根 (54) 发明名称 一种三相三维电极光电催化反应器及其应用 (57) 摘要 本发明涉及一种三相三维电极光电反应器及 其应用。该反应器包括反应器壳体，金属钛网阳 极，不锈钢或石墨阴极，布气板，双层U型石英管 以及置于该石英管中的光源UV灯，三维粒子电极 以及隔板。本发明的一种三相三维光电反应器将 非均相三维电极和光催化技术巧妙结合，不仅利 用阳极的氧化作用和阴极的还原作用，而且利用 电场所产生的OH、H 2 O 2 、-OH等活性物与光催化 发生协同作用，在TiO 2 颗粒表面不断更新，有机协 调反应体系，使有机物降解反应更全面，在印染废 水的处理中。
3、，其脱色率可达97.09%。且由于隔板 将大反应室均分为2-6个小反应室，从而可以在 同等的电压、光源、反应时间等反应条件下做一组 26个对照实验。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102424458 A 1/1页 2 1.一种三相三维光电反应器，其特征在于该反应器包括反应器壳体、金属钛网阳极、不 锈钢或石墨阴极、三维粒子电极、布气板、隔板及双层U型石英管以及置于该石英管中的光 源UV灯； 所述的不锈钢或石墨阴极为圆柱形，安装于壳体内侧，紧贴壳体内侧，金属钛网阳极与 电源的正极相连，不锈。
4、钢或石墨阴极与电源的负极极相连；各个反应室的不锈钢或石墨阴 极自然连接，各个反应室的金属钛网阳极在顶部用导线相连接； 所述的光源UV灯置于双层U型石英管内层管中，双层U型石英管置于反应器壳体的中 央，其顶部露出于反应器壳体的顶部3-5cm，其底部置于布气板，双层U型石英管的外层紧 贴在各个隔板的边壁上，相邻两个隔板与石英管外层之间放置金属钛网阳极，所述的金属 钛网阳极，网孔径为6-8mm； 双层U型石英管上面露出在反应器壳体外面的部分的双层U型石英管的外层管在距反 应器壳体顶部3-5cm距离处的水平相对位置设有冷却进水口及冷却出水口，其中冷却进水 口连接的小管深入到石英管内外层的夹层的底部； 。
5、反应器壳体距底部5cm处设有布气板，该布气板与反应器壳体内侧相粘结，并由曝气 室的隔板支撑固定，该布气板将反应器的壳体隔开为上下两部分，下部为曝气室，上部为反 应室； 在双层U型石英管与反应器壳体之间从反应器底部穿过布气板至反应器壳体的顶部 等间距设置26块隔板，将上面的反应室及底部的曝气室等分成26个单反应室及2 6个单曝气室； 所述的位于壳体下部的每个单曝气室均有1个管径相同的进气口； 所述的三维粒子电极材料填充于各个单反应器室中。 2.如权利要求1所述的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的反应器壳体为圆 柱形，所述的反应器的壳体材质为有机玻璃、高硼玻璃或不锈钢。 3.如权利要求2所述。
6、的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的壳体下部的每个 单曝气室均的进气口的管径为24cm。 4.如权利要求3所述的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的隔板数量优选为 4个。 5.如权利要求4所述的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的金属钛网 阳极表面涂覆一层纳米TiO 2 催化膜。 6.如权利要求5所述的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的布气板是采用砂 芯玻璃材料制成，孔隙小于2mm。 7.如权利要求6所述的一种三相三维光电反应器，其特征在于所述的三维粒子电极材 料由纳米TiO 2 负载于活性炭颗粒上构成。 8.如权利要求17任一权利要求所述的一种三相三维光电反应器，其特征在。
7、 于所述的光源UV灯的波长为365nm，功率为200500W。 9.如权利要求17任一权利要求所述的一种三相三维光电反应器用于难降解有机物 的处理。 10.如权利要求17任一权利要求所述的一种三相三维光电反应器用于印染废水的 处理。 权 利 要 求 书CN 102424452 A CN 102424458 A 1/4页 3 一种三相三维电极光电催化反应器及其应用 技术领域 0001 本发明涉及一种三相三维光电催化反应器，用于实验室难降解有机物的处理。 背景技术 0002 随着现代化工业的发展，有机废水对环境的影响越来越严重，尤其是高浓度有 机污染物的处理是当前世界工业废水处理的难点和热点。Ca。
8、rey等人报道了TiO 2 光 催化氧化法被成功用于水中PCB化合物脱氯（Carey J H，Lawrence J，Tosine H M Photodechlorination of PCBs in the presence of titanium dioxide in aqueous suspensions J. Bul1 of Environ Contam Toxicol，1976，16(6)：697-701），半导体多相 光催化在水处理领域引起了广泛的关注。以TiO 2 为光催化剂的多相光催化在环境保护中 的应用得到人们的重视，但是电子-空穴对极易复合，电场协助光催化技术有助于解决这 一。
9、问题，即施加一定偏压，促进光生载流子的分离，从而提高催化剂的活性。这是一种将光 催化与电化学氧化联用的新型深度氧化技术。 0003 上个世纪60年代末提出三维电极概念，三维电极是一种新型的电化学法反应器。 与二维电极体系相比之下，其具有面体比增大，离子间距小，传质效果好，电流效率高等优 点。其中粒子电极常常采用活性炭负载催化剂，活性炭的吸附作用可以使Ti0 2 表面有机污 染物的浓度在局部范围内升高，从而提高反应速率，而且被吸附的有机污染物参与氧化被 反应掉，使活性炭在污染物环境中被再生，即原位再生（王红娟，奚红霞含酚废水处理技术 的现状与开发前景J工业水处理，2002；22(6)：6-9）；。
10、将光催化与三维电极相结合产生 了较好的效果，安太成等公开了一种（公开号：CN1526652A）连续循环式固定床电极光催化 反应器。 0004 现有的报道的光电催化反应器，有些是光源从外面照射，这样光源没有充分使用。 有一些采用光源位于反应器的中央，但是阳极和阴极位于反应器壳体的上下与光源以及与 光源平行的壳体是垂直的，这样对于之照试验就不能为力了，对于反应器的阳极和阴极是 竖直的，与光源和壳体平行并且将大的反应室均分为2-6个反应室的光电催化反应器未见 报道。 发明内容 0005 本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种三相三维电极光电催化反 应器及其在难降解有机物的处理方面的应用。 0。
11、006 本发明的技术原理 一种三相三维光电催化反应器，即将三相三维电极和光电催化技术巧妙结合，又充分 考虑到实验中对比实验的要求，设计出在实验研究中使用的光电催化反应器，以空气为气 源，三维粒子电极材料由纳米TiO 2 负载于活性炭颗粒上构成。 本发明的技术方案 一种三相三维光电催化反应器，包括反应器壳体，金属钛网阳极，不锈钢或石墨阴极， 说 明 书CN 102424452 A CN 102424458 A 2/4页 4 布气板，双层U型石英管以及置于该石英管中的光源UV灯，三维粒子电极以及隔板； 所述的不锈钢或石墨阴极为圆柱形，安装于壳体内侧，紧贴壳体内侧，金属钛网阳极与 电源的正极相连，不。
12、锈钢或石墨阴极与电源的负极极相连；各个反应室的不锈钢或石墨阴 极自然连接，各个反应室的金属钛网阳极在顶部用导线相连接； 所述的光源UV灯置于双层U型石英管内层管中，双层U型石英管置于反应器壳体的中 央，其顶部露出于反应器壳体的顶部3-5cm，其底部置于布气板上，双层U型石英管的外层 紧贴在各个隔板边壁上，相邻两个隔板与双层U型的石英管外层之间放置金属钛网阳极； 所述的光源UV灯的波长为365nm，功率为200500W； 所述的金属钛网阳极，以保证透光率，网孔径为6-8mm； 所述的金属钛网阳极表面涂覆一层纳米TiO 2 催化膜，作为光阳极，也可以不涂覆只作 电极； 所述的双层U型石英管上面露出。
13、在反应器壳体外面的部分的双层U型石英管的外层管 在距反应器壳体顶部3-5cm距离处的水平相对位置设有冷却进水口及冷却出水口，其中冷 却进水口连接的小管深入到石英管内外层的夹层的底部；这样可以使用较小的压力就可以 把冷却水从冷却进水口送入，也很容易从冷却出水口流出； 反应器壳体距底部5cm处设有布气板，该布气板与反应器壳体内侧相粘结，并由曝气 室的隔板支撑固定； 该布气板将反应器的壳体隔开为上下两部分，下部为曝气室，上部为反应室； 该布气板是采用砂芯玻璃材料制成，孔隙小于2mm，既保证了反应室均匀曝气，又不至 于产生的气泡比较大； 在双层U型石英管与反应器壳体之间从反应器底部穿过布气板至反应器壳。
14、体的顶部 等间距设置26块隔板，将上面的反应室及底部的曝气室等分成26个单反应室及2 6个单曝气室； 在本发明的一种三相三维光电反应器中，有26个单室，在同一电压、光源、反应时间 等反应条件下作对照试验，可以做一组26个对照实验； 所述的反应器的壳体为圆柱形，材质为有机玻璃、高硼玻璃、不锈钢等。 0007 所述的位于壳体下部的单曝气室均有1个管径相同的进气管，其管径为24cm， 每个曝气室气量相等，以保证每个反应室均匀曝气； 所述的三维粒子电极材料由纳米TiO 2 负载于活性炭颗粒上构成，填充于各个单反应器 室中，可以根据需要负载不同掺杂的TiO 2 复合体，可以根据不同的实验采取不同的催化剂。
15、 负载。 0008 三相三维光电反应器运行时，由外接直流稳压电源给电极提供一个恒定的电压， 粒子电极在电场作用下发生表面复合极化，在电场的作用下，电子与空穴发生分离，迁移到 粒子表面的不同位置。悬浮体系Ti0 2 与活性炭共存产生协同作用，活性炭在较大程度上加 速了光降解反应的进行。 0009 本发明的一种三相三维光电反应器适用于难降解有机物，如印染废水的处理，且 特别适用于实验室阶段的印染废水的处理的对照试验。 0010 本发明的有益效果 本发明的一种三相三维光电反应器以圆柱形反应器为主体结构，固、液、气三相完全混 说 明 书CN 102424452 A CN 102424458 A 3/4。
16、页 5 合的方式进行反应，以达到最佳的传质效果和紫外光利用率。且由于本发明一种三相三维 光电反应器的底部用砂芯玻璃制成，均匀曝气，保证26个曝气室等量曝气，只用单室时， 可用相邻的两个室做辅助冷却。 0011 另外，本发明的一种三相三维光电反应器将非均相三维电极和光催化技术巧妙结 合，不仅利用阳极的氧化作用和阴极的还原作用，而且利用电场所产生的OH、H 2 O 2 、-OH等 活性物与光催化发生协同作用，在TiO 2 颗粒表面不断更新，有机协调反应体系，使降解反应 更全面，在印染废水的处理中，其脱色率可以到达97.09%。 0012 且由于本发明的一种三相三维光电反应器有26个单室，可以做一组。
17、26个 对照实验，即在同一电压、光源、反应时间等反应条件下作对照试验。 附图说明 0013 图1、三相三维电极光电催化反应器结构示意图。 0014 图2、三相三维光电催化反应器俯视图。 具体实施方式 0015 下面通过实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。 0016 实施例1 一种三相三维电极电光电反应器，其结构示意图如图1所示，包括反应器壳体1，金属 钛网阳极6，不锈钢阴极7，布气板5，双层U型石英管4以及置于该石英管中的光源UV灯 3，三维粒子电极以及隔板2； 以金属钛网6作阳极，为保证透光率网孔径为6-8mm；不锈钢7作阴极，金属钛网阳极6 和不锈钢阴极7连接直流电源的电。
18、接头。每个反应室安装金属钛网6阳极，各个反应室的 金属钛网阳极钛网在顶部用导线相连接； 光源UV灯3置于双层U型石英管4内层管中，双层U型石英管4置于反应器壳体1的 中央，其顶部露出于反应器壳体的顶部3-5cm，其底部置于布气板，其侧面由隔板固定，两个 隔板之间放置金属钛网阳极； 所述的光源UV灯的波长为365nm，功率为250W； 双层U型石英管4上面露出在反应器壳体1外面的部分的双层U型石英管4的外层管 在距反应器壳体1顶部3cm处的水平相对位置设有冷却进水口9及冷却出水口10，其中冷 却进水口9连接的小管深入到双层U型石英管4内外层的夹层的底部，这样可以使用较小 的压力就可以把冷却水从冷。
19、却进水口9送入，也很容易从冷却出水口10流出； 反应器壳体1距底部5cm处设有布气板5，布气板5是采用砂芯玻璃材料制成，确保孔 隙小于2mm，既保证了反应室均匀曝气，又不至于产生的气泡比较大；该布气板与反应器壳 体内侧相粘结，并由曝气室的隔板支撑固定，该布气板将反应器的壳体隔开为上下两部分， 下部为曝气室，上部为反应室； 在双层U型石英管4与反应器壳体1之间从反应器底部穿过布气板至反应器壳体的顶 部等间距设置4块隔板2，如图2所示，隔板2分别将上面的反应室及底部的曝气室等分成 4个单反应室及4个单曝气室； 在本发明的一种三相三维光电反应器中，有4个单室，在同一电压、光源、反应时间等 说 明 书。
20、CN 102424452 A CN 102424458 A 4/4页 6 反应条件下作对照试验，可以做一组4个对照实验。 0017 所述的位于反应器壳体1下部的4个单曝气室,每个均有1个管径为2cm的进气 口8，这样保证每个曝气室气量相等，以保证每个反应室均匀曝气； 所述的三维粒子电极材料由纳米TiO 2 负载于活性炭颗粒上构成，填充于各个单反应器 室中，可以根据需要负载不同掺杂的TiO 2 复合体，可以根据不同的实验采取不同的催化剂 负载。 0018 所述的反应器的壳体1材质为有机玻璃。 0019 反应器运行时，由外接直流稳压电源给电极提供一个恒定的电压，负载有催化剂 的粒子电极和污水混合后。
21、放入反应器反应室内。 0020 应用实施例1 应用实施例1中的三相三维电极光电反应器进行光催化模拟印染废水处理 三相三维电极电光电反应器的壳体直径为12-22cm，高度为17-30cm，阳极和阴极之间 的距离为5-10cm； 粒子电极采用溶胶-凝胶法（李宁二氧化钛光催化剂的制备与改性及光电催化性能 研究D硕士学位论文河北：燕山大学环境与化学工程学院，2007）制得活性炭负载 TiO 2 ，活性炭为粉态，粒径小于0.175mm。 0021 活性艳红模拟印染废水，初始浓度为200 mg/L的活性艳红染料溶液与粒子电极一 起加入反应器后，通入空气，控制空气流量为80L/h，同时打开紫外灯和电源。反应60min后 可以到达77.46%的脱色率，反应90min后可以到达97.09%的脱色率。 0022 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是发明的 原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改 进都落入要求保护的本发明的范围内。 说 明 书CN 102424452 A CN 102424458 A 1/1页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102424452 A 。