[发明专利]基于g-C3N4的光催化净水装置

说明书

技术领域

本发明涉及水体净化装置，尤其涉及一种高效除菌去污的光催化净水装置。

背景技术

水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境，是指围绕人群空间及可直接或间接影响人类生活和发展的水体，其正常功能的各种自然因素和有关的社会因素的总体。水环境是构成环境的基本要素之一，是人类社会赖以生存和发展的重要场所，也是受人类干扰和破坏最严重的领域。水环境的污染和破坏已成为当今世界主要的环境问题之一，因此有效去除各类有害有毒物质已成为水处理领域的当务之急，而传统的杀菌消毒方式如紫外线消毒和化学消毒法，具有消毒效果差或者产生二次污染等问题。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种基于g-C₃N₄的光催化的净水装置，解决了传统的净水方式消毒效果差、易产生二次污染的问题。

技术方案：本发明的基于g-C₃N₄的光催化的净水装置，包括数控单元以及分别与所述数控单元连接的进水单元、净水单元和出水单元。

所述进水单元包括水泵、与所述水泵连接的进水管。

所述净水单元包括通过进水过滤装置与所述进水管连接的进水端、与所述进水端连接的基于g-C₃N₄的光催化装置、与所述光催化装置连接的出水端，其中，所述进水阀和光催化装置分别与所述数控单元电连接。

所述出水单元包括通过与所述出水端连接的出水管。

g-C₃N₄即石墨相的C₃N₄，是五种C₃N₄中最稳定的一种非金属半导体，它具有类似石墨的层状结构，每层中的C、N原子均为sp²杂化，相间排列，形成C₃N₃或C₆N₇的杂环。由于原子与原子之间形成的高键能共价键，使其化学性质非常稳定。

此外，自然界丰富的C、N元素使其成为一种廉价易得的半导体光催化材料。相比于块体g-C₃N₄，具有单原子层结构的g-C₃N₄被光激发后可以在样品表面直接产生光生电子和空穴，生成的电子与空穴对可以与水分子或目标污染物分子直接发生反应，从而避免了光生电子空穴对产生后在从体相迁移至催化剂表面这一过程中发生复合，这大大降低了光生载流子的复合率；其次，单原子层材料的二维平面结构能够有效降低电荷在其表面迁移的阻力，从而提高电荷迁移速率，使其能够在催化剂表面迅速迁移至反应的活性位点参与光催化反应；第三，将块体材料剥离为单原子层材料的过程提高了半导体光催化剂的比表面积，暴露出更多的活性位点，从而强化了污染物在溶液与半导体光催化剂界面之间的传质作用，使光催化效率得到极大的提高。故本发明提出一种基于单原子层g-C₃N₄带光催化的净水装置来取代传统的消菌杀毒方法。

为了更高效的达到净水的目的，所述光催化装置包括至少两个依次连接光催化室，并呈U型排布，高效净水的同时节省空间。

为了实现光催化装置净水的目的，所述光催化室包括套接的外玻璃管和内玻璃管、能够朝向外玻璃管和内玻璃管照射紫外光的紫外灯、罩设在所述光催化室外的挡光层，所述外玻璃管内壁、内玻璃管内外壁均铺设有g-C₃N₄纳米薄层，其中，紫外线发射波长为200-400mm的光线，且紫外灯与数控单元连接，通过控制紫外灯的功率可以调控催化效率。

其中，所述内玻璃管呈螺旋状，在相同流速下，螺旋管的比表面积相对较大，使得螺旋管中的水受到的光催化作用更强烈，净化效果更好。

所述进水管与进水端之间、出水端与出水管之间、两相邻光催化室之间分别设有进水阀、出水阀和阀门，且所述进水阀、出水阀和阀门分别与数控单元电连接，所述进水阀、阀门和出水阀分别在数控单元的控制下，水可以从螺旋式的内玻璃管进入、从外玻璃管进入或同时从内玻璃管和外玻璃管进入，这三种进水方式主要取决于待处理进水量和预定处理效果。