[发明专利]太阳光自动跟踪光热催化-膜分离反应系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光热催化反应系统，是一种太阳光自动跟踪光热催化-膜分离反应系统。本发明是一种不受天气影响的光催化氧化废水处理装置，该装置既可应用于有毒有害难降解有机废水的预处理或深度处理，亦可应用于微污染饮用水的深度处理。

背景技术

能源短缺是世界面临的一个很严峻的问题，太阳能作为一种清洁无污染的新能源具有十分广阔的开发前景，随着对太阳能的大规模开发利用研究，发现固定式太阳能采集板的采光率和光电、光热转换率低下；采用太阳能自动跟踪仪可使太阳能采光板始终与太阳光垂直，保持光能最大的采集率和转换率。

光催化技术作为一种绿色水处理技术，在难降解废水处理的应用中具有独特的优势。针对TiO₂光催化技术的研究和应用过程中所面临的主要问题之一是开发高效低耗光催化反应器，有效利用太阳光，利用自然能来修复自然。此技术将在难降解有机废水以及微污染饮用水深度处理领域发挥重要作用。

目前太阳光催化反应器根据催化剂存在的形态不同，可分为固定型、填充床和悬浮型。固定型光催化反应器因其流速较低，雷诺数偏小，流体处于层流状态，所以存在传质限制、耗能高等缺点；同时，反应器是非封闭运行，催化剂受周围的环境影响比较大，易造成催化剂中毒。填充床式光催化反应器是在反应器内填充TiO₂颗粒或者表面涂有TiO₂膜的硅胶、氧化铝和石英砂等，其具有较高传质能力；但是，颗粒之间的碰撞会造成膜的脱落，不利用长时间运行。悬浮型光催化反应器中催化剂颗粒与污染物的混合液处于紊流状态，无传质限制；同时反应器为封闭状态，不存在挥发性污染物蒸发的问题；但其存在催化剂分离回收、重复利用的难题，因此，如何实现催化剂的分离回收循环利用是悬浮型光催化反应器所面临的主要问题。

申请号为200910229101.5公开了一种新型光催化氧化-膜分离悬浮型反应器，该反应器将膜分离技术与悬浮型光催化反应器耦合，通过膜组件的分离作用可以有效的解决了催化剂分离回收难题，使得催化剂始终处于良好的悬浮状态，且其活性亦保持不变，可实现长期、稳定地运行。

已有研究表明，在较高反应温度下光催化与热催化的耦合是一种崭新的反应途径而不只是TiO₂催化剂光催化性能与热催化性能的简单叠加。光热协同催化在TiO₂光催化剂中的作用原理是遵循Mars-vanKrevelen氧化还原循环机制，根据这种机制，在光催化反应基础上，增加反应区的温度，有效的利用光催化和热催化的协同作用，能够大幅提高TiO₂对污染物的降解效率和速率。

发明内容

本发明综合悬浮型光催化反应器的优点、膜分离技术的优点、太阳光自动跟踪仪的特点及光热协同效应，其目的是提出一种太阳光自动跟踪光热催化-膜分离反应系统，该系统将悬浮型光催化反应器、膜分离技术、太阳光自动跟踪技术和光热催化技术有机的耦合在一起，不仅提高了太阳光能利用率、最大限度的利用自然能源，而且，通过膜分离装置实现了催化剂的循环、回收和重复利用、减少资源浪费；并且其在结构上具有既可以为“紫外光+太阳光”的双光源结构、亦可以为单一光源结构的特征。本系统采用太阳能发电供电方式，太阳能发电装置的引入减少了电能的消耗，有效的降低了能耗。

为实现上述目的，本发明需要解释方案是提供一种太阳光自动跟踪光热催化-膜分离反应系统，其特征是：该系统包括有光热催化反应区、膜分离区、系统控制区、太阳能发电区；所述光热催化反应区通过光热催化反应管与膜分离区的气液分离水箱相连接，经过膜分离区分离之后的TiO₂催化剂混合液通过循环管返回到光热催化反应区，由此组成一个循环反应系统，系统控制区通过系统控制面板的调节装置与控制系统运行的工作状态，太阳能发电区通过太阳能电池组件直接对系统控制区提供所需能源；

所述的光热催化反应区包括有均匀配水器、太阳光聚能板、光热催化反应管和太阳光自动跟踪仪；在所述太阳光聚能板的转动轴上设置太阳光自动跟踪仪，通过控制太阳光自动跟踪仪的阳光捕捉器和电机，带动太阳光聚能板追随太阳光转动，光热催化反应管固定在太阳光聚能板的聚光焦点的中心线上；光热催化反应管内设有低压紫外灯；所述均匀配水器通过分流管与光热催化反应管相连接；

所述的膜分离区包括有气液分离水箱、膜组件、加热电阻棒和出水管；所述气液分离水箱为全封闭外设隔热保温层的整体结构，在气液分离水箱的上部设有排气孔，气液分离水箱的内壁附着有加热电阻棒，所述的膜组件悬挂在气液分离水箱中与出水管相连；