一种水中污染物光催化连续降解装置

1.本发明属于难降解废水处理技术领域，具体涉及一种水中污染物光催化连续降解装置。


背景技术：

2.现代化进程中制药、印染、化工等行业的飞速推进，产生了大量的难降解有机废水。这些废水中有毒有害物质严重超标，不经处理将会对环境和人体造成不可逆转的伤害。当今社会工业废水处理技术众多，高级氧化技术凭借其降解速度快、可将污染物从环境中彻底去除等优点而从众多的水处理技术中脱颖而出。光催化是一种较为成熟的高级氧化技术，其能通过氧化反应将污染物分子破坏、矿化，最终产生无毒无害的产物，并且该类反应条件温和、简便、无二次污染，所以逐渐成为环境、能源、健康等领域的研究热点。但是可见光吸收微弱、光致载流子复合和复合材料纳米粒脱落等问题仍未得到较好的解决，限制了其发展。因此设计一种简易的水中污染物光催化连续降解装置以改变上述技术缺陷，提高整体实用性，显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本发明目的是为了解决上述技术缺陷，而提供一种水中污染物光催化连续降解装置。
4.一种水中污染物光催化连续降解装置，它包括废水处理装置、进水池、出水池和氙灯；所述废水处理装置中设置有回形渠道，所述回形渠道内填充cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料；所述废水处理装置的上部设置出水口，底部设置进水口；所述废水处理装置上方设置氙灯；
5.所述进水池依次连接进水管、污水提升泵及进水口；
6.所述出水池通过连接出水管与出水口连接；
7.所述氙灯与废水处理装置通过可调节高度的支架连接；
8.所述废水处理装置和回形渠道均采用透光材料；
9.所述氙灯的光照强度及光照时间均可调节；
10.所述废水处理装置的顶部设置有可开启透光盖板；
11.所述出水口的高度高于进水池；
12.所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料定期清洗后循环使用。
13.本发明中水中污染物光催化连续降解装置，其结构简易且提高了废水的处理效率，易于回收，处理效果好。
14.本发明中水中污染物光催化连续降解装置，通过控制进水的流量从而控制污染物在填料上的停留时间，进而控制光催化降解时间，使得污染物出水浓度达到排放标准，操作简单、有效；同时通过不断通入污水，从而达到持续降解流动废水的目的。
15.本发明中所用cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料，将cds/g-c3n4复合
光催化剂掺入石墨烯气凝胶可以改善材料的光腐蚀、离子溶出问题，同时解决了cds/g-c3n4粉末与水分离不彻底的问题；填料定期清洗后循环使用，制备方法简单且可以循环利用，具有较好的经济性能
16.本发明的装置适用于光催化连续降解水中污染物。
附图说明
17.图1为本发明中一种水中污染物光催化连续降解装置的示意图，其中1表示废水处理装置、2表示回形渠道、3表示氙灯、4表示出水口、5表示进水口、6表示污水提升泵、7表示进水管、8表示进水池、9表示出水管、10表示出水池、11表示可开启透光盖板、12表示可调节高度的支架；
18.图2为实施例中降解盐酸四环素废水的降解效果图；
19.图3为实施例中降解亚甲基蓝废水的降解效果图。
具体实施方式
20.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
21.具体实施方式一：结合图1所示，本实施方式一种水中污染物光催化连续降解装置，它包括废水处理装置1、进水池8、出水池10和氙灯3；所述废水处理装置1中设置有回形渠道2，所述回形渠道2内填充cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料；所述废水处理装置1的上部设置出水口4，底部设置进水口5；所述废水处理装置1上方设置氙灯3。
22.本实施方式中各设备连接口均设有橡胶圈，防止污水渗出。
23.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述进水池8依次连接进水管7、污水提升泵6及进水口5。其它与具体实施方式一相同。
24.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述出水池10通过连接出水管9与出水口4连接。其它与具体实施方式一相同。
25.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述氙灯3与废水处理装置1通过可调节高度的支架12连接。其它与具体实施方式一相同。
26.本实施方式中可调节高度的支架12的作用是调节氙灯3距离废水处理装置1的高度。
27.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述废水处理装置1和回形渠道2均采用透光材料。其它与具体实施方式一相同。
28.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述氙灯3的光照强度及光照时间均可调节。其它与具体实施方式一相同。
29.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述废水处理装置1的顶部设置有可开启透光盖板11。其它与具体实施方式一相同。
30.本实施方式中设置可开启透光盖板11，目的是便于cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料的定期更换，取出后经清洗可循环使用。
31.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述出水口4的高度高于进水池8。其它与具体实施方式一相同。
32.本实施方式中目的是使处理过的废水在不添加外力的条件下，通过重力流的作用下可以直接流入出水池10，节省处理成本。
33.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料的制备方法如下：一、石墨粉经过膨胀、氧化、预氧化和透析提纯，得到氧化石墨烯溶液；
34.二、将cds/g-c3n4加入上述氧化石墨烯溶液中，再加入多壁化羟基碳纳米管，然后于100w超声破碎1h，再加入抗坏血酸溶液搅匀后置于-80℃低温乙醇冷冻12h，然后-50℃冷冻干燥24h，取出后置于100℃恒温烘箱中24h，获得cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料，完成制备；
35.其中步骤一中所述氧化石墨烯溶液的浓度为4mg/l；所述抗坏血酸溶液的浓度为100mg/l；
36.步骤二中所述cds/g-c3n4、氧化石墨烯溶液、多壁化羟基碳纳米管和抗坏血酸溶液的质量体积比为210mg:48ml:90mg:1.8ml。其它与具体实施方式一相同。
37.本实施方式中三维结构的石墨烯气凝胶属于碳材料，具有良好的导电性，层间相连可以辅助传导光电子，有助于分离光致载流子，石墨烯片层间会产生一定的空间位阻效应，能隔绝造成光腐蚀的主要因素h2o和o2，所以将cds/g-c3n4粉末(即复合光催化剂)掺入石墨烯气凝胶可以改善材料的光腐蚀、离子溶出问题。
38.本实施方式中cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶具有良好的压缩回弹性能，去掉压力仍可回弹到原有形貌；同时解决了cds/g-c3n4粉末与水分离不彻底的问题。
39.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料定期清洗后循环使用。其它与具体实施方式一相同。
40.通过以下实施例验证本发明的有益效果：
41.实施例：
42.一种水中污染物光催化连续降解装置，它包括废水处理装置1、进水池8、出水池10和氙灯3；所述废水处理装置1中设置有回形渠道2，所述回形渠道2内填充cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料；所述废水处理装置1的上部设置出水口4，底部设置进水口5；所述废水处理装置1上方设置氙灯3。
43.本实施例中各设备连接口均设有橡胶圈，防止污水渗出。
44.本实施例中水中污染物光催化连续降解装置的工作过程如下：开启氙灯3并调节光照强度，开启污水提升泵6，待处理废水进入废水处理装置1中进行光催化降解，期间通过控制污水提升泵6来调节进水量及水力停留时间，降解后的废水排入出水池10；所述光照强度及水力停留时间根据实际待处理废水成分进行设置。
45.本实施例所述进水池8依次连接进水管7、污水提升泵6及进水口5。
46.本实施例所述出水池10通过连接出水管9与出水口4连接。
47.本实施例所述氙灯3与废水处理装置1通过可调节高度的支架12连接。
48.本实施例所述废水处理装置1和回形渠道2均采用透光材料。
49.本实施例所述氙灯3的光照强度及光照时间均可调节。
50.本实施例所述废水处理装置1的顶部设置有可开启透光盖板11。
51.本实施例所述出水口4的高度高于进水池8。
52.本实施例所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料定期清洗后循环使用。
53.利用本实施例中装置对污染物盐酸四环素(tch)进行连续降解，tch污染物浓度设置为5mg/l，光照强度设置为300w。光催化连续降解20h，污染物的浓度变化情况如图2所示，可以看出在4h后降解率可达到82.5％，20h后降解率仍可达72％。
54.利用本实施例中装置对对污染物亚甲基蓝(mb)进行连续降解，mb污染物浓度设置为5mg/l，光照强度设置为300w。光催化连续降解20h，污染物的浓度变化情况如图3所示，可以看出在2h后降解率可达到95％，在20h后降解率仍可达91％。

技术特征：
1.一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于它包括废水处理装置(1)、进水池(8)、出水池(10)和氙灯(3)；所述废水处理装置(1)中设置有回形渠道(2)，所述回形渠道(2)内填充cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料；所述废水处理装置(1)的上部设置出水口(4)，底部设置进水口(5)；所述废水处理装置(1)上方设置氙灯(3)。2.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述进水池(8)依次连接进水管(7)、污水提升泵(6)及进水口(5)。3.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述出水池(10)通过连接出水管(9)与出水口(4)连接。4.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述氙灯(3)与废水处理装置(1)通过可调节高度的支架(12)连接。5.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述废水处理装置(1)和回形渠道(2)均采用透光材料。6.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述氙灯(3)的光照强度及光照时间均可调节。7.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述废水处理装置(1)的顶部设置有可开启透光盖板(11)。8.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述出水口(4)的高度高于进水池(8)。9.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料的制备方法如下：将cds/g-c3n4加入氧化石墨烯溶液中，然后加入多壁化羟基碳纳米管，再于100w超声破碎1h，然后加入抗坏血酸溶液搅匀后置于-80℃低温乙醇冷冻12h，再-50℃冷冻干燥24h，取出后置于100℃恒温烘箱中24h，获得cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料，完成制备；其中所述氧化石墨烯溶液的浓度为4mg/l；所述抗坏血酸溶液的浓度为100mg/l；所述cds/g-c3n4、氧化石墨烯溶液、多壁化羟基碳纳米管和抗坏血酸溶液的质量体积比为210mg:48ml:90mg:1.8ml。10.根据权利要求1所述的一种水中污染物光催化连续降解装置，其特征在于所述cds/g-c3n4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料定期清洗后循环使用。

技术总结
一种水中污染物光催化连续降解装置，它属于难降解废水处理技术领域。它解决了现有技术存在的问题。装置：包括废水处理装置、进水池、出水池和氙灯；废水处理装置中设置有回形渠道，回形渠道内填充CdS/g-C3N4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料。本发明中装置，其结构简易且提高了废水的处理效率，易于回收，处理效果好。通过控制进水的流量从而控制污染物在填料上的停留时间，进而控制光催化降解时间，使得污染物出水浓度达到排放标准，操作简单、有效；同时通过不断通入污水，从而达到持续降解流动废水的目的。CdS/g-C3N4复合光催化剂的石墨烯气凝胶填料可循环使用，经济性好。本发明的装置适用于光催化连续降解水中污染物。置适用于光催化连续降解水中污染物。置适用于光催化连续降解水中污染物。


技术研发人员：左薇 毛雨晴 田禹 赵晨欣 詹巍 张军 寇明月 周正明
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1