專(zhuān)利名稱(chēng)：一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境化學(xué)及材料科學(xué)方面的教學(xué)與科研技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
光催化半導(dǎo)體氧化的深度水處理，是目前最為綠色的環(huán)保新技術(shù)之一。其實(shí)現(xiàn)的原理是催化劑在選擇性光照射后，在催化劑表面產(chǎn)生光生電子(e)和空穴(h)。進(jìn)而，與其周?chē)乃肿蛹叭芙庋醯冗M(jìn)一步反應(yīng)，誘導(dǎo)生成的超氧基(02_ ·)羥基(0H ·)等氧化自由基，這些自由基很不穩(wěn)定，具有最高的電位，氧化能力極強(qiáng)，可將水中的有機(jī)物分子氧化分解成二氧化碳和水等又稱(chēng)為礦化分解，從而達(dá)到水凈化的目的。目前，光催化作為一種極具潛在價(jià)值的新技術(shù)，受到廣泛關(guān)注。而現(xiàn)有的裝置多為大功率強(qiáng)紫外光照下的封閉式運(yùn)行。受到光源冷卻、強(qiáng)紫外灼傷等使用限制。適于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置尚未有呈現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求為目的，通過(guò)多參數(shù)開(kāi)放式及多路并行的可視化的裝置設(shè)計(jì)，完成在常溫、常壓下操控的高效、低耗的實(shí)施裝置。從而，實(shí)現(xiàn)對(duì)光催化高級(jí)氧化方法和原理的掌握解析。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括反應(yīng)器1，反應(yīng)器1中設(shè)置有豎直的光源2和氣路插針3，氣路插針3與隔膜空氣泵10或臭氧發(fā)生器15相連接，連接管路上設(shè)置有轉(zhuǎn)子流量計(jì)13，隔膜空氣泵10或臭氧發(fā)生器15連接到控制器4，光源2也連接到控制器4，反應(yīng)器1中還設(shè)置有吸管9，吸管9連接到外置的磁力排液泵8實(shí)現(xiàn)快速加取液的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換，控制器4設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，完成間歇或時(shí)段程序和方法選擇控制。所述反應(yīng)器1可以并行設(shè)置四路或其他，選用500毫升的量筒，用管卡11豎直固定在縱截面為倒T形的板面5上。所述光源2選擇小功率的低能耗光源，比如功率在5 IOW之間的UV-A光管，套入在套管14中，將光源2與反應(yīng)器1內(nèi)的液體隔離，套管14為玻璃套管或石英套管。本發(fā)明根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，以低散熱、小功率做光源，無(wú)需冷凝， 具有開(kāi)放式、多通道及可視的特點(diǎn)。本發(fā)明通過(guò)同時(shí)的平行操作、多參數(shù)的可調(diào)選、多條件的實(shí)驗(yàn)效果比對(duì)等，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，以強(qiáng)化對(duì)光催化氧化實(shí)驗(yàn)原理及其相關(guān)關(guān)系的理解。進(jìn)而，加深對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的認(rèn)識(shí)、掌握和應(yīng)用。該教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)，不僅符合專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)對(duì)新技術(shù)盡快引入的要求，也是專(zhuān)業(yè)教育教學(xué)資源庫(kù)整合的充實(shí)。


圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明裝置四路并行的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明為一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括反應(yīng)器1，反應(yīng)器1選用500毫升的量筒，溶液的體積可由反應(yīng)器1上的液位刻度12讀出， 反應(yīng)器1用管卡11豎直固定在縱截面為倒T形的板面5上。反應(yīng)器1中設(shè)置有豎直的光源 2和氣路插針3，光源2選擇小功率的低能耗光源，比如功率在5 IOW之間的UV-A光管， 套入在玻璃或石英材質(zhì)的套管14中，將光源2與反應(yīng)器1內(nèi)的液體隔離。氣路插針3與隔膜空氣泵10或臭氧發(fā)生器15相連接，連接管路上設(shè)置有轉(zhuǎn)子流量計(jì)13，隔膜空氣泵10或臭氧發(fā)生器15連接到控制器4，光源2也連接到控制器4，反應(yīng)器1中還設(shè)置有吸管9，吸管 9連接到外置的磁力排液泵8實(shí)現(xiàn)快速加取液的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換，控制器4設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，完成間歇或時(shí)段程序和方法選擇控制。根據(jù)光子能E = h/X式(h常數(shù)，λ光波長(zhǎng))，波長(zhǎng)越短光子能越高。具有光化學(xué)作用的UV-A，其化學(xué)線(xiàn)365nm，光子能量328KJ/mol。選擇小功率的低能耗光源，可敞開(kāi)式的安裝操作(UV-C可選加遮簾和石英套管)，適于肉眼直視。光源燈裝在玻璃或石英套管中， 放入反應(yīng)器1，產(chǎn)生的反應(yīng)光照強(qiáng)度為10W/0. 4L。光源2的開(kāi)啟與氣動(dòng)攪拌可以聯(lián)動(dòng)，并由時(shí)控器設(shè)定執(zhí)行。氣路可選擇空氣或臭氧以插針通入反應(yīng)液底部，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)式混合。由隔膜泵產(chǎn)生的通入氣體一方面混合攪動(dòng)反應(yīng)液，同時(shí)給光催化氧化反應(yīng)提供足夠的光生電子受體。抑制空穴-電子的復(fù)合。氧分子接受電子后，形成具有極強(qiáng)氧化能力的超氧自由基或羥基自由基，其對(duì)光催化氧化反應(yīng)速度具有決定性作用。此外，臭氧較氧氣具有更強(qiáng)的氧化性，與光催化結(jié)合可產(chǎn)生并用的相乘作用。另設(shè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)用來(lái)調(diào)節(jié)氣體的量。如圖2所示，多選擇四路并行設(shè)置的反應(yīng)器1組合，即成為多通道系統(tǒng)，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇需要的路數(shù)。本開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的操作使用過(guò)程如下(1)操作步驟稱(chēng)取適量的催化劑(例如二氧化鈦)置于反應(yīng)器1中，并加入目標(biāo)污染物及水至所需的體積，如500ml刻度線(xiàn)。在控制器4上設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，檢查反應(yīng)器1 中的氣路插針3和光源2及其套管14等各部處的連接完好。啟動(dòng)開(kāi)關(guān)6和電源7，系統(tǒng)即照控制器4的設(shè)定執(zhí)行連續(xù)或間歇式反應(yīng)。此時(shí)反應(yīng)液經(jīng)氣動(dòng)攪混，目標(biāo)污染物在光催化作用下持續(xù)反應(yīng)，全過(guò)程可視觀察。(2)實(shí)驗(yàn)比較選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以是光催化反應(yīng)條件及其目標(biāo)污染物的類(lèi)比。 反應(yīng)條件有單路單因素實(shí)驗(yàn)，包括光照選擇、波長(zhǎng)、催化劑(吸附)、攪拌氣體等參數(shù)。最終確定，只有催化劑在指定的波長(zhǎng)區(qū)范照射下，混合的反應(yīng)液才發(fā)生高電位的催化氧化反應(yīng)。在確定了反應(yīng)條件下，目標(biāo)污染物可選擇有色的指示劑類(lèi)染料如甲基橙、結(jié)晶紫等，目視或以可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行時(shí)段取樣，分析其降解脫色率。亦可選無(wú)色的二甲基乙酰胺、苯酚有機(jī)物等光催化氧化、取樣以紫外分光光度計(jì)或色譜分析。作為深度氧化探討，可進(jìn)一步開(kāi)展中間體分析及其降解機(jī)理研究。(3)實(shí)驗(yàn)的參變量本裝置提供的操作變量包括，光源(UV-A\UV_C)，較大的型號(hào)提供光強(qiáng)功率比較；催化劑用量；反應(yīng)物濃度；反應(yīng)時(shí)間；攪拌氣體及其流量；溶液的PH等實(shí)驗(yàn)選擇。(4)實(shí)驗(yàn)完成后，稍許。待催化劑降沉后，用外設(shè)的磁力排液泵8及吸管9將反應(yīng)液吸出。催化劑保留并反復(fù)使用。為下一次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，同(1)。這樣，全系統(tǒng)在常溫常壓的條件下開(kāi)放式操作，并實(shí)現(xiàn)完全可視化運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括反應(yīng)器(1)，其特征在于， 反應(yīng)器(1)中設(shè)置有豎直的光源( 和氣路插針(3)，氣路插針(3)與隔膜空氣泵(10)或臭氧發(fā)生器(1 相連接，連接管路上設(shè)置有轉(zhuǎn)子流量計(jì)(1 ，隔膜空氣泵(10)或臭氧發(fā)生器(15)連接到控制器(4)，光源(2)也連接到控制器(4)，反應(yīng)器(1)中還設(shè)置有吸管(9)， 吸管(9)連接到外置的磁力排液泵(8)實(shí)現(xiàn)快速加取液的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換，控制器(4)設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，完成間歇或時(shí)段程序和方法選擇控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器(1)為500毫升的量筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器(1)并行設(shè)置四路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器(1)用管卡(11)豎直固定在縱截面為倒T形的板面( 上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述光源( 為功率在5 IOW之間的UV-A光管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述光源( 套入在套管(14)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述套管(14)為玻璃套管或石英套管。
全文摘要
一種開(kāi)放式多通道可視型光催化氧化教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括反應(yīng)器，反應(yīng)器中設(shè)置有豎直的光源和氣路插針，光源選擇小功率的低能耗光源，比如功率在5～10W之間的UV-A光管，套入在套管中，將光源與反應(yīng)器內(nèi)的液體隔離，氣路插針與隔膜空氣泵或臭氧發(fā)生器相連接，連接管路上設(shè)置有轉(zhuǎn)子流量計(jì)，隔膜空氣泵或臭氧發(fā)生器連接到控制器，光源也連接到控制器，反應(yīng)器中還設(shè)置有吸管，吸管連接到外置的磁力排液泵實(shí)現(xiàn)快速加取液的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換，控制器設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，完成間歇或時(shí)段程序和方法選擇控制，本發(fā)明以實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求為目的，通過(guò)多參數(shù)開(kāi)放式及多路并行的可視化的裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光催化高級(jí)氧化方法和原理的掌握解析。
文檔編號(hào)C02F1/32GK102491489SQ20111039910
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者張軍, 羅聲, 葛碧洲, 金鵬康, 韓蕓 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)