[发明专利]光催化氧化与无机陶瓷膜分离耦合的装置

说明书

技术领域

     本发明属于光催化高级氧化技术以及解决光催化剂分离回收的相关设备领域，涉及一种光催化氧化与无机陶瓷膜分离耦合的装置。 

背景技术

自从上世纪70年代，日本科学家发现半导体光催化剂TiO₂光电化学可以分解水以来,光催化技术获得了各国科研工作者的广泛关注。该技术不仅致力于分解水获取氢能，实现太阳能-氢能的转换这一光催化技术中的“圣杯”，同时更多的实用光催化技术在自清洁、空气净化、杀菌消毒、废水处理等领域得到大力发展和利用。作为一种新的高级氧化技术，光催化氧化技术一方面积极研发具有可见光响应、高量子效率和高稳定性的光催化剂，另一方面致力于开发高效的光催化反应系统，以期实现光源与反应器的优化匹配与分布、催化剂的高效分离回收等。

光催化反应系统主要由光源、光催化反应器、光催化剂及辅助设备组成。其中光催化反应器是光催化反应进行的场所，对光催化反应能否高效进行有决定性的影响因素。按光催化剂负载形式不同，可将其主要分为负载型光催化反应器和悬浮式光催化反应器。负载型反应器具有光催化剂易于分离的优点，由于其催化剂颗粒得以固定，其传质效率受到很大限制。悬浮式光催化反应器具有传质效率高、光源利用率好等优点，近年来在光催化反应器的研究中备受关注。不过悬浮式光催化反应器存在着光催化剂难以分离回收的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为悬浮式光催化反应器提供一种光催化剂分离回收的装置，设计出相应的无机陶瓷膜组件，并将无机陶瓷膜分离与光催化反应器进行耦合，可以实现光催化降解有机污染物与光催化剂分离回收的协同进行，采用空气压缩机在线气顶水反冲来减轻无机陶瓷膜膜孔内部与表面的膜污染，提高分离效率。

本发明的技术方案：一种光催化氧化与无机陶瓷膜分离耦合的装置，包括悬浮式光催化反应装置和无机陶瓷膜分离装置，悬浮式光催化反应装置和无机陶瓷膜分离装置上端之间通过管件连接，在其下端之间连接有高压隔膜泵。

所述的一种光催化氧化与无机陶瓷膜分离技耦合的装置，无机陶瓷膜分离装置上连接有空气压缩机。

所述的一种光催化氧化与无机陶瓷膜分离耦合的装置，在高压隔膜泵和无机陶瓷膜分离装置下端之间连接有涡旋数显流量计和充油抗震压力表。

所述的一种光催化氧化与无机陶瓷膜分离耦合的装置，无机陶瓷膜分离装置包括密封套筒和膜壳，密封套筒和膜壳之间通过螺纹连接，在密封套筒和膜壳之间有膜管密封圈。

本发明达到的有益效果：

可以实现光催化氧化与无机陶瓷膜分离一体化操作，克服了悬浮式光催化反应器存在着光催化剂难以分离回收的缺陷。

悬浮式光催化反应装置和无机陶瓷膜分离装置上端之间通过管件连接，在其下端之间连接有高压隔膜泵，反应完成后通过高压隔膜泵，将反应混合液通过无机陶瓷膜分离装置，小于膜孔径的水分子及小分子物质渗透到陶瓷膜管外侧及渗透侧，而大于膜孔径的催化剂颗粒及其它大分子物质被截留，随截留液一起返回光催化反应器中，以此来达到对光催化剂的完全分离，实现了催化剂的循环利用，解决了悬浮式光催化反应器存在着光催化剂难以分离回收的缺陷；本发明采用错流过滤方式，目的是通过错流切向料液水流可以对陶瓷膜表面进行冲刷，带走一部分容易清除的附着在陶瓷膜表面的光催化剂颗粒，这样可以对陶瓷膜的污染起到减缓作用。

光催化反应完全的料液进入无机陶瓷膜分离系统，高压隔膜泵可以提供不同的分离压力，涡旋数显流量计能够方便地测出渗透液及截留液的瞬时流量及累计流量；利用充油抗震压力表可以方便测得无机陶瓷膜的分离压力，并可以防止因隔膜泵的轻微震动所引起的压力表震动，减小了压力表的读数误差。

密封套筒和膜壳之间通过螺纹连接，利用螺纹预紧力对陶瓷膜管进行密封，并以此来达到陶瓷膜分离装置壳程与管程的良好密封。

在线气顶水反冲装置主要由空气压缩机组成，由于纳米催化剂的表面活性较高，其对陶瓷膜管的吸附堵塞严重，会造成陶瓷膜渗透通量的下降，因此在开始进行催化剂分离时就开启在线高压气顶水反冲，高压气体推动渗透液反向进入陶瓷膜管内孔，使附着在其内孔上的催化剂颗粒返回陶瓷膜管的截留侧，再被截留液冲刷带回反应器中。以此来达到对陶瓷膜污染的减缓；通过控制反冲压力、反冲频率、反冲时间及反冲周期，达到对陶瓷膜污染的最佳减缓效果。

无机陶瓷膜分离装置可以采用多通道及多管式陶瓷膜元件，达到良好的分离效果。

附图说明

图1是光催化高级氧化与无机陶瓷膜分离耦合装置示意图。

图2是无机陶瓷膜分离装置剖面图。