一種污水處理用光催化反應裝置

陳俊芳 盧秋菊 張敏 陳冬玲 徐斌（重慶文理學院，重慶永川 402160）

一種污水處理用光催化反應裝置

陳俊芳 盧秋菊 張敏 陳冬玲 徐斌（重慶文理學院，重慶永川 402160）

環境光催化技術依靠一些半導體材料如：二氧化鈦、二氧化鋅等自身的性能，在光的作用下污染物在材料表面發生化學反應，生成一些對環境無毒無害的小分子物質，從而達到凈化的目的。該方法無毒、環保、能耗低，因此受到了國內外研究者的極大關注。

1 傳統檢測設備及工作流程

下圖是常見的一種反應容器，其主要包括三個部分，電源，反應容器，攪拌裝置。其工作流程如下：首先，在燒杯中配制一定濃度的待降解染料，加入一定量的催化劑，超聲使催化劑完全分散。然后連接好裝置，將溶液由取樣口倒入反應容器，開啟攪拌裝置，使催化劑不至于沉底，再打開光源電源，開始進行反應。反應開始后，每隔一定時間用滴管從取樣口中吸取3-5mL溶液，待反應結束后，將溶液在離心機中離心，取上層清液在紫外-可見分光光度計中測試其吸光度，根據吸光度的變化，判斷其降解效果。

圖1.現有的光催化降解實驗反應系統

2 傳統檢測設備的不足

首先，其操作過程比較復雜，步驟繁多，反應過程中必須時刻等待取樣，耗費人力。其次，反應結束后得到的數據為一個一個離散的點，無法有效反映點與點之間細微的濃度變化，只能獲得一個大概的變化趨勢，不利于圍觀分析。更重要的是，使用其檢測時只能使用粉末狀的催化劑，而目前研究者正大力開發固定化的催化劑，如薄膜催化劑。

3 新系統的構造和工作流程

針對以上不足，我們設計了一款自動化的光催化反應系統。如圖2所示，該系統主要包括兩個部分，一個是催化反應系統，另一個是數字監測系統。首先是催化反應系統，在一個固定體積容器中設計了一個進水口和一個出水口，用于水樣的進出，當水樣從進水口進入后，首先經過一道過濾裝置，以使其中的大顆粒不溶物質直接過濾掉，過濾后的水樣再經過載有催化劑的薄膜，在光源的配合下發生光催化反應，使其中的有機污染物得到降解，然后經出水口離開。如果是粉末樣品，則將其中的薄膜部分取下，在出水口的前端加入微孔濾膜，將粉末樣品直接放入兩塊濾膜之間，再攪拌即可實現光催化反應。為了便于反應過程中的控制和監測，在該系統中引入了一個數字控制和監測裝置，主要包括傳感器、光源、控制器、顯示器、水泵、攪拌器。光源位于反應容器中央，同時為了更有效利用光能，在反應容器內壁加入反射裝置，使光路在容器中來回反射，提高光利用效率，通過與控制器連接，主要是為了使整個系統在一個控制界面上完成控制。傳感器分別置于進水口、反應容器中央和出水口，可以實時反饋系統中各個區域的水質變化，是這套裝置中最核心的部分。水泵的作用是為了防止反應后的水質不達標而需要將其重新送入系統中時而設置的。該系統不僅適用于一般實驗室內的光催化反應實驗還可以作為家用凈水裝置。

圖2.設計改進后的系統

4 結語

實驗結果數字化顯示，大大提高了檢測的效率，節省了人力，得到的結果也更加準確，能大大的減少了原來處理污水過程中的繁雜程序過程，使用方便，簡單，使用該設備不需要進行使用設備的人員培訓過程，在資金上也減少的大部分資金開支，使用該設備更加的環保，適合現代社會的發展需要。同時，該系統還可以作為家用的純水凈化裝置，具有實用，節能等特點。另外，該裝置稍作改進還可以應用到一些工業級大型污水處理廠，自來水廠等。該設備真正實現了現代社會的自動化處理系統設備。

本文系重慶文理學院2014年度學生科研立項學生科技創新重大培育項目（編號：2014ZDPY03）系列研究成果。

陳俊芳、盧秋菊、張敏、陳冬玲，重慶文學院材料與化工學院2013級化學工程與工藝專業學生；徐斌，重慶文學院電子電氣工程學院2013級電信專業學生。

劉碧桃，重慶文理學院新材料研究院副教授，博士，重慶文理學院2014年度學生科研立項學生科技創新重大培育項目（編號：2014ZDPY03）指導教師。