專利名稱：廢水處理中磁性光催化劑的分離回收方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水處理中磁性光催化劑的分離回收方法，進(jìn)一步涉及廢水處理中磁性光催化劑分離回收裝置。
然而，光催化廢水處理技術(shù)在工程上應(yīng)用存在一個主要問題光催化劑粉末需要分離回收。國內(nèi)外對固定相二氧化鈦薄膜催化劑作了許多探索，所選用的載體主要有多孔性載體如硅膠、活性氧化鋁、玻璃纖維網(wǎng)、空心陶瓷球、海砂、層狀石墨等孔內(nèi)深層的光催化劑得不到光的照射，不能發(fā)揮光催化的作用，反而會造成催化劑的浪費(fèi)。而像空心玻璃珠、石英玻璃管(片)、普通(導(dǎo)電)玻璃片、有機(jī)玻璃、光導(dǎo)纖維等雖然有結(jié)實(shí)耐用、容易制成反應(yīng)器等特點(diǎn)，但卻不是一般意義上好的載體，其表面積太小，與反應(yīng)物質(zhì)的接觸受到限制，其光催化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于懸浮體系。因此，在保證較高的光催化效率的前提下解決光催化劑的回收問題成為了關(guān)鍵。
為了回收光催化劑，韓國株式會社太白環(huán)境申請的中國發(fā)明專利99118053涉及到一種粘土分離回收系統(tǒng)回收光催化劑，并涉及到一個催化劑回收裝置。但粘土回收光催化劑的效率不高，操作不便。為了克服光催化劑難分離的缺點(diǎn)，中國發(fā)明專利98101176、98101790與01129844提供了易分離光催化劑的制備方法商品TiO2直接負(fù)載在商品磁性材料上，或?qū)⒂泄饣瘜W(xué)惰性的無機(jī)材料包裹在商品磁性材料上，再將商品TiO2包裹在惰性材料上制備的磁性光催化劑，在一定程度上解決了廢水處理過程中光催化材料的分離回收問題。但磁性光催化劑需要一個磁分離回收系統(tǒng)來高效率地回收光催化劑。
本發(fā)明的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法在于在通電狀態(tài)下，用磁性光催化劑處理過的廢水通過一個高梯度磁分離器中鐵磁性金屬絲，磁性光催化劑受到很強(qiáng)的磁場力作用，被捕集截留，實(shí)現(xiàn)與體系(廢水)分離；然后斷電，磁場消失，鐵磁性金屬絲對磁性光催化劑失去磁力吸附，反向沖洗將磁性催化劑分離回收。
上面所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，包括電磁場裝置、過濾器、水冷系統(tǒng)(6)和外殼(7)，其特征是電磁場裝置包括多層實(shí)心導(dǎo)線螺線管線圈(5)、空心芯鐵(3)、導(dǎo)磁板(1)及軛鐵(2)；過濾器包括空心芯鐵(3)、填充于芯鐵中的鐵磁性金屬絲(4)。
本發(fā)明的高梯度磁分離器，螺線管的長度應(yīng)為芯鐵直徑的5-8倍；鋼毛纖維填充容積為3％-8％，優(yōu)選為4％-6％；螺線管的漆包線應(yīng)為耐熱線，優(yōu)選為聚酰亞胺漆包線；在選定工作電壓的前提下，按照所需的磁場強(qiáng)度確定漆包線的直徑及其相應(yīng)的層數(shù)；磁場強(qiáng)度為80000-250000安培/米；既可采用220伏直接整流供電方式，也可采用大電流供電方式；鋼毛纖維優(yōu)選為434號鐵素體不銹鋼長纖維，截面尺寸為直徑10-30微米，長度為100-200mm。
本發(fā)明是根據(jù)磁性光催化劑的特性和處理水量確定高梯度磁分離器的磁場強(qiáng)度；根據(jù)磁場強(qiáng)度和磁性光催化劑在水體中的濃度確定螺線管線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)磁場強(qiáng)度和線圈結(jié)構(gòu)確定水冷系統(tǒng)參數(shù)。
當(dāng)螺線管線圈通電時，產(chǎn)生均勻電磁場。置于電磁場內(nèi)的鐵磁性金屬絲被磁化，激發(fā)新磁場，使均勻磁場發(fā)生改變，迫使絕大多數(shù)磁力線通過鐵磁性金屬絲；在其表面附近形成一個隨距離而變化的高梯度不均勻磁場區(qū)域，即為高梯度磁場。磁場效應(yīng)用于水溶液的過濾分離是利用高梯度的磁場來實(shí)現(xiàn)的，以導(dǎo)磁的不銹鋼纖維絲作過濾基質(zhì)時，利用鋼毛的磁力作用，捕集截留磁性光催化劑，達(dá)到分離的目的。
強(qiáng)大的磁場和很高的磁場梯度，可以提高鋼絲纖維的分離過濾能力。導(dǎo)磁基體的曲率半徑愈小，其表面所形成的磁場梯度就愈高，流經(jīng)的顆粒所受磁力就愈大。在鋼絲纖維的尖角或毛刺部位，由于磁力線的急劇收斂，形成很高的磁場梯度，可以有效的增大顆粒所受的磁力。
本發(fā)明的水冷系統(tǒng)，用于帶走螺線管線圈工作時產(chǎn)生的熱量，防止線圈發(fā)熱燒毀。
本發(fā)明的廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法及裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明所用鐵磁性金屬絲比表面積大(約100----200cm/g)，在電磁場作用下對磁性光催化劑具有強(qiáng)大的捕捉吸附能力；(2)本發(fā)明洗脫所截留的磁性催化劑操作簡便，回收效率高，當(dāng)螺線管線圈斷電時，磁場消失，鐵磁性金屬絲對磁性催化劑失去磁力吸附，反向沖洗即可將磁性催化劑分離回收；(3)鐵磁性金屬絲具有彈性和抗擠壓能力，堆積結(jié)構(gòu)疏松，填充率低，一般不超過10％，因此過濾的水力損失極少；(4)可將包裹在微米級磁性材料上的納米級催化劑順利分離回收，這是其他回收工藝所達(dá)不到的。
圖面說明

圖1為廢水處理中磁性光催化劑分離回收裝置即高梯度磁分離器結(jié)構(gòu)示意圖(園筒形、剖視圖)。
實(shí)施例1所用廢水是濃度為10mg/l的亞甲基藍(lán)水溶液，磁性光催化劑是以四氧化三鐵為磁心包裹二氧化鈦光催化劑(見中國專利申請01129844)，劑量為1.0克/升，粒徑20微米，在125瓦高壓汞燈照射下亞甲基藍(lán)溶液進(jìn)行充分光降解。然后，將混雜磁性光催化劑的已降解的亞甲基藍(lán)溶液經(jīng)高梯度磁分離器分離回收。
高梯度磁分離器技術(shù)參數(shù)如下電流采用16A直流電流；漆包線為聚酰亞胺漆包線，電阻率2×10-8，線徑1.65毫米，線圈9層；芯鐵內(nèi)徑24毫米，長度125毫米；鋼毛纖維選為434號鐵素體不銹鋼長纖維，截面尺寸為直徑10-30微米，長度為100-200mm；鋼毛纖維的填充率為4.8％；磁場強(qiáng)度為100000安培/米；實(shí)測螺線管兩端鋼絲纖維表面磁感應(yīng)強(qiáng)度大于950高斯，撤去電流后剩磁約50高斯。
經(jīng)過光催化降解處理的亞甲基藍(lán)廢水溶液，以每秒0.2米的速度(處理水量約50升/小時)流過磁分離器，最后用水反向沖洗回收磁性光催化劑，回收率為99.5％。
實(shí)施例2實(shí)施例2與實(shí)施例1相類似，其不同的是給定光催化處理水量100升/小時，220伏直接整流供電，磁場強(qiáng)度為100000安培/米；高梯度磁分離過濾器長度為150毫米，芯鐵直徑26毫米，漆包線直徑為0.6毫米、72層；鋼毛纖維的填充率為5.5％。按1.0克/升加入適量磁性光催化劑的配制水經(jīng)過光催化處理后，以每秒0.06米的速度流過磁分離器，磁性光催化劑的回收率為91.0％。
實(shí)施例3實(shí)施例3與實(shí)施例1相類似，其不同的是給定光催化處理水量250升/小時，24伏直接整流供電，磁場強(qiáng)度為100000安培/米；高梯度磁分離過濾器長度為150毫米，芯鐵直徑26毫米，漆包線直徑為1.8毫米、17層；填充率6％。按1.0克/升加入適量磁性光催化劑的配制水經(jīng)過光催化處理后，以每秒0.06米的速度流過磁分離器，磁性光催化劑的回收率為95.4％。
權(quán)利要求
1.一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法，其特征在于在通電狀態(tài)下，用磁性光催化劑處理過的廢水通過一個高梯度磁分離器中鐵磁性金屬絲，磁性光催化劑受到很強(qiáng)的磁場力作用，被捕集截留，實(shí)現(xiàn)與體系廢水分離；然后斷電，磁場消失，鐵磁性金屬絲對磁性光催化劑失去磁力吸附，反向沖洗將磁性催化劑分離回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，包括電磁場裝置、過濾器、水冷系統(tǒng)(6)和外殼(7)，其特征是電磁場裝置包括多層實(shí)心導(dǎo)線螺線管線圈(5)、空心芯鐵(3)、導(dǎo)磁板(1)及軛鐵(2)；過濾器包括空心芯鐵(3)、填充于芯鐵中的鐵磁性金屬絲(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于螺線管的長度應(yīng)為芯鐵直徑的5-8倍
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于鋼毛纖維填充容積為3％8％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于鋼毛纖維填充容積優(yōu)選為4％-6％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于螺線管的漆包線應(yīng)為耐熱線。
7.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于螺線管的漆包線優(yōu)選為聚酰亞胺漆包線。
8.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于鋼毛纖維優(yōu)選為434號鐵素體不銹鋼長纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于鐵素體不銹鋼長纖維截面尺寸為直徑10-30微米，長度為100-200mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種廢水處理中磁性光催化劑分離回收方法所使用的裝置即高梯度磁分離器，其特征在于磁場強(qiáng)度為80000-250000安培/米。
全文摘要
本發(fā)明涉及廢水處理中磁性光催化劑的分離回收方法，它是在通電狀態(tài)下，將處理過的廢水通過一個高梯度磁分離器中鐵磁性金屬絲，磁性光催化劑受到很強(qiáng)的磁場力作用，被捕集截留，實(shí)現(xiàn)與廢水分離；然后斷電，磁場消失，鐵磁性金屬絲對磁性光催化劑失去磁力吸附，反向沖洗將磁性催化劑分離回收。本發(fā)明還涉及廢水處理中磁性光催化劑的分離回收裝置，它包括電磁場裝置、過濾器、水冷系統(tǒng)(6)和外殼(7)，其特征是電磁場裝置包括多層實(shí)心導(dǎo)線螺線管線圈(5)、芯鐵(3)、導(dǎo)磁板(1)及軛鐵(2)；過濾器包括空心芯鐵(3)、填充于芯鐵中的鐵磁性金屬絲(4)。本發(fā)明方法和設(shè)備簡單、回收率高。
文檔編號C02F1/30GK1426971SQ0113009
公開日2003年7月2日 申請日期2001年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者鄭少健, 王良焱, 李新軍, 李芳柏, 張開堅, 何明興, 黃北衛(wèi), 朱勝友 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所, 攀枝花鋼鐵有限責(zé)任公司鋼鐵研究院