光催化反應器的制作方法

文檔序號：11875018閱讀：223來源：國知局

本發(fā)明涉及流體的凈化領域，特別涉及一種光催化反應器。

背景技術：

光催化凈化是基于光催化劑在紫外線照射下具有的氧化還原能力而凈化污染物。利用光催化凈化技術去除空氣中的有機污染物具有以下特點：1)直接用空氣中的氧氣做氧化劑，反應條件溫和(常溫常壓)；2)可以將有機污染物分解為二氧化碳和水等無機小分子，凈化效果徹底；3)半導體光催化劑化學性質穩(wěn)定，氧化還原性強，成本低，不存在吸附飽和現象，使用壽命長。且光催化凈化技術具有室溫深度氧，二次污染小，運行成本低和可望利用太陽光為反應光源等優(yōu)點，所以光催化特別合適室內揮發(fā)有機物的凈化，在深度凈化方面顯示出了巨大的應用潛力，然而，目前的光催化反應器要么光催化接觸面積較小，凈化效率較低，要么結構較為復雜。

技術實現要素：

基于此，有必要提供一種結構簡單緊湊且凈化效率較高的光催化反應器。

一種光催化反應器，包括：

外殼，具有一容置空間，所述外殼上開設有與所述容置空間相連通的入口和出口；

紫外燈管，收容于所述容置空間內；

收容于所述容置空間內的光催化組件，所述光催化組件為兩端開口、且內表面附著有光催化劑的空心柱結構，所述光催化組件的兩端分別與所述外殼的入口和出口相連通，所述光催化組件的內表面上具有多個V型槽，每個所述V型槽的角度不超過20°，每個所述V型槽的深度至少為2厘米；其中，所述紫外燈管固定地穿設于所述光催化組件，且所述紫外燈管的延伸方向與所述光催化組件的延伸方向平行。

在其中一個實施例中，每個所述V型槽具有第一側壁及與所述第一側壁固定連接的第二側壁，所述第一側壁遠離所述第二側壁的一端與所述第二側壁遠離所述第一側壁的一端之間的連線與所述紫外燈管的延伸方向平行。

在其中一個實施例中，所述光催化組件包括多個條形的光催化板，多個所述光催化板均與所述紫外燈管間隔設置，且多個所述光催化板環(huán)繞所述紫外燈管設置一周以拼接形成所述空心柱結構，每個所述光催化板的內表面上開設有多個所述V型槽，每個所述光催化板的內表面上附著有所述光催化劑。

在其中一個實施例中，每個所述光催化板上的多個所述V型槽沿所述光催化板的長度方向依次排列。

在其中一個實施例中，所述光催化組件包括多個條形的光催化片，多個所述光催化片均與所述紫外燈管間隔設置，且多個所述光催化片環(huán)繞所述紫外燈管設置一周以拼接形成所述空心柱結構，每個所述光催化片為多個V型褶皺沿一直線依次拼接形成，每個所述光催化片的多個所述V型褶皺的排列方向與所述紫外燈管的延伸方向平行，且每個所述光催化片的內表面上附著有所述光催化劑。

在其中一個實施例中，所述V型槽的角度不超過5°。

在其中一個實施例中，所述V型槽的深度至少為8厘米。

在其中一個實施例中，還包括收容于所述容置空間內、用于過濾微粒的過濾器，所述過濾器固定于所述外殼的入口和所述光催化組件之間，其中，進入所述入口的待處理流體能夠經過所述過濾器后進入所述光催化組件內。

在其中一個實施例中，還包括設置在所述外殼的入口處的鼓風機。

在其中一個實施例中，還包括收容于所述容置空間內、用于過濾微粒的過濾裝置，所述過濾裝置固定安裝于所述外殼的出口和所述光催化組件之間，其中，從所述光催化組件流出的流體能夠經過所述過濾裝置后從所述出口流出。

上述光催化反應器通過將兩端開口、且內表面附著有光催化劑的空心柱結構的光催化組件的兩端分別與外殼的入口和出口相連通，紫外燈管穿設于光催化組件，且紫外燈管延伸方向與光催化組件的延伸方向相同，并將光催化組件的內表面設置為具有多個V型槽的結構，能夠增加附著光催化劑的面積，即增加了光催化反應的有效面積，從而有利于提高凈化效率；且每個V型槽的角度不超過20°，每個V型槽的深度至少為2厘米，能夠使光催化反應器具有較為合適的光催化表面，能夠有效地提高光催化反應器的光催化效率，使得上述光催化反應器具有較好的凈化效率，同時，上述光催化反應器通過在光催化組件附著有光催化劑的內表面上設置V型槽，并優(yōu)化每個V型槽的角度和每個V型槽的深度，就實現了提高光催化反應器的凈化效率的目的，結構十分簡單，緊湊。

附圖說明

圖1為一實施方式的光催化反應器的結構示意圖；

圖2為圖1所示的光催化反應器沿紫外燈管的軸向的剖面圖；

圖3為圖2所示的光催化反應器的紫外燈管和光催化組件組裝在一起的另一角度的結構示意圖；

圖4為圖2所示的光催化反應器的光催化片的結構示意圖；

圖5為圖4所示的光催化反應片的I部放大圖；

圖6為另一實施方式的光催化反應器的光催化組件的光催化板的結構示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。

如圖1及圖2所示，一實施方式的光催化反應器100包括外殼110、紫外燈管120和光催化組件130。

外殼110具有一容置空間112，具體在圖示的實施例中，外殼110為長方體型。可以理解，在其它實施例中，外殼110不限于為上述形狀，外殼110還可以為正方體形、球形、圓柱形或者不規(guī)則的立體結構，外殼110的形狀可根據具體的需要進行選擇。

其中，外殼110上開設有與容置空間112相連通的入口114和出口116。具體在圖示的實施例中，入口114和出口116分別位于外殼110的相對的兩個端面上。

紫外燈管120收容于容置空間112內。具體的，紫外燈管120為圓柱形的管狀結構；管狀紫外燈管120固定于外殼110內。

請一并參閱圖3，光催化組件130收容于容置空間112內。具體的，光催化組件130固定于外殼110內。其中，光催化組件130為兩端開口、且內表面附著有光催化劑的空心柱結構，光催化組件130的兩端分別與外殼110的入口114和出口116相連通，其中，紫外燈管120固定地穿設于光催化組件130，且紫外燈管120的延伸方向與光催化組件130的延伸方向平行。具體在圖示的實施例中，光催化組件130為空心的圓柱結構?？梢岳斫猓獯呋M件130不限于為空心的圓柱結構，在其它實施例中，光催化組件130還可以為空心的方柱結構、空心的橢圓柱結構等規(guī)則的空心柱結構；或者光催化組件130還可以為不規(guī)則的空心柱結構。

請一并參閱圖4和圖5，其中，光催化組件130的內表面上具有多個V型槽132，每個V型槽132的角度α不超過20°，每個V型槽132的深度h至少為2厘米。進一步的，V型槽132的角度α不超過5°；V型槽132的深度h至少為8厘米。

具體在圖示的實施例中，多個V型槽132的角度均相等，深度均相等；可以理解，在其它實施例中，多個V型槽132的角度也可以不相等，深度也可以不相等。

具體的，每個V型槽132具有第一側壁132a及與第一側壁132a固定連接的第一側壁132b，第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線與紫外燈管120的延伸方向平行。如圖5所示，圖5中線段AB表示第一側壁132a，線段AC表示第一側壁132b，則線段BC則表示第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線；V型槽132的角度α即為線段AB和線段AC的夾角；V型槽132的深度h即為A點到線段BC的最短距離。

具體在圖示的實施例中，光催化組件130包括多個條形的光催化片134，多個光催化片134均與紫外燈管120間隔設置，且多個光催化片134環(huán)繞紫外燈管120設置一周以拼接形成空心柱結構，每個光催化片134為多個V型褶皺沿一直線依次拼接形成。即每個光催化片134由多個V型褶皺連續(xù)拼接形成。每個光催化片134的多個V型褶皺的排列方向與紫外燈管120的延伸方向平行，且每個光催化片134的內表面上附著有光催化劑。具體的，可以采用卡勾卡扣、螺釘或者是穿線的方式將拼接在一起光催化片134固定，具體的固定方式可根據使用的光催化片134的材質進行選擇。

可以理解，光催化組件130上的V型槽132也不限于均設置為第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線與紫外燈管120的延伸方向平行，在其它實施例中，V型槽132也可以設置為第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線相對紫外燈管120的延伸方向傾斜，或者垂直；且光催化組件130上的多個V型槽132的第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線相對紫外燈管120的延伸方向傾斜的角度可以相等，也可以不相等；多個V型槽132可以連續(xù)地設置在光催化組件130，也可以間隔地設置在光催化組件130。

進一步的，光催化組件130的內表面為粗糙面，即每個光催化片134朝向紫外燈管120的一面為粗糙面，粗糙的表面能夠增加光催化組件130的內表面的表面積，以增加空心柱結構的光催化組件130的內表面能夠附著光催化劑的面積，從而有利于提高光催化效率。具體的，光催化組件130的內表面的粗糙表面可以采用噴砂、蝕刻等方式實現。

具體的，光催化片134的材質為金屬、聚合物塑料、紙或布。其中，金屬為鋅、錫等；聚合物為金屬離子形成多配位絡合物的交聯功能高分子材料，例如，鐵和樹脂螯合形成的材料。

具體的，光催化劑為金屬氧化物，例如，二氧化鈦、氧化鋅、三氧化二鐵等。

具體在本實施例中，光催化片134的材質為鋅，光催化劑為氧化鋅；或者，光催化片134的材質為錫，光催化劑為氧化錫。

進一步的，光催化組件130的內表面上還附著有助催化劑，助催化劑能夠提高光催化劑的轉化效率。具體的，助催化劑選自鉑、鈀、釕、銀、銅、鎢、銠、鉬、金及鐵中的一種；或者，助催化劑選自鉑、鈀、釕、銀、銅、鎢、銠、鉬、金及鐵中的一種的氧化物；或者，助催化劑選自鉑、鈀、釕、銀、銅、鎢、銠、鉬、金及鐵中的一種的硫化物。

進一步的，光催化反應器100還包括收容于容置空間112內、用于過濾微粒的過濾器140，過濾器140固定于外殼110的入口114和光催化組件130之間，其中，進入入口114的待處理流體能夠經過過濾器140后進入空心柱結構內。過濾器140能夠對流體進行預過濾，以過濾掉流體中的微粒，從而防止光催化組件130的內表面結垢和光催化劑的失效。具體的，過濾器140為微粒過濾器。具體的，過濾器140固定安裝于外殼110內。

進一步的，光催化反應器100還包括設置在外殼110的入口114處的鼓風機150，以促進流體的流動。具體的，鼓風機150與外殼110固定連接。

進一步的，光催化反應器100還包括收容于容置空間112內、且用于過濾微粒的過濾裝置160，過濾裝置160固定安裝于外殼110的出口116和光催化組件130之間，其中，從光催化組件130流出的流體能夠經過過濾裝置160后從出口116流出，從而進一步對經過光催化組件130凈化的流體進行過濾凈化，以提高凈化的效果。體的，過濾裝置160為微粒過濾器。

上述光催化反應器100至少具有以下優(yōu)點：

(1)上述光催化反應器100通過將兩端開口、且內表面附著有光催化劑的空心柱結構的光催化組件130的兩端分別與外殼110的入口114和出口116相連通，紫外燈管120穿設于光催化組件130，且紫外燈管120延伸方向與光催化組件130的延伸方向相同，并將光催化組件130的內表面設置為具有多個V型槽132的結構，能夠增加附著光催化劑的面積，即增加了光催化反應的有效面積，從而有利于提高凈化效率；且每個V型槽132的角度不超過20°，每個V型槽132的深度至少為2厘米，能夠使光催化反應器100具有較為合適的光催化表面，能夠有效地提高光催化反應器100的光催化效率，使得上述光催化反應器100具有較好的凈化效率，同時，上述光催化反應器100通過在光催化組件130附著有光催化劑的內表面上設置V型槽132，并優(yōu)化每個V型槽132的角度和每個V型槽132的深度，就實現了提高光催化反應器100的凈化效率的目的，結構十分簡單，緊湊。

(2)上述光催化反應器100的光催化組件130設置為包括多個條形的光催化片134，多個光催化片134均與紫外燈管120間隔設置，且多個光催化片134環(huán)繞紫外燈管120設置一周以拼接形成空心柱結構，每個光催化片134為多個V型褶皺沿一直線依次拼接形成，每個光催化片134的多個V型褶皺的排列方向與紫外燈管120的延伸方向平行，從而通過直接通過將多個光催化片134拼接形成空心柱結構即可，無需使用大模具進行生產，小片生產更加簡單，且小片質量較輕，組裝方便。

(3)上述光催化反應器100的光催化組件130的每個V型槽132的第一側壁132a遠離第一側壁132a的一端與第一側壁132b遠離第一側壁132a的一端之間的連線與紫外燈管120的延伸方向平行，能夠使紫外光更好地照射滿V型槽的整個側壁，以盡可能提高光催化反應的有效面積；而若是垂直，不能保證紫外光照射到整個V型槽的整個側壁。

如圖6所示，另一實施方式的光催化反應器與光催化反應器100的結構大致相同，區(qū)別僅在于，本實施方式的光催化反應器的光催化組件包括多個條形的光催化板200，多個光催化板200均與紫外燈管間隔設置，且多個光催化板200環(huán)繞紫外燈管設置一周以拼接形成空心柱結構。其中，每個光催化板200的內表面上開設有多個V型槽210，每個光催化板200的內表面上附著有光催化劑。

具體的，每個光催化板200上的多個V型槽210沿光催化板200的長度方向依次排列。具體在圖示的實施例中，多個V型槽210沿光催化板200的長度方向連續(xù)地設置在光催化板200上?？梢岳斫猓谄渌鼘嵤├?，多個V型槽210也可以間隔地設置在光催化板200上；其中，多個V型槽210可以沿光催化板200的長度方向依次排列，也可以隨意分布在光催化板200上。

由于該實施方式的光催化反應器的結構與光催化反應器100的結構相似，因此，本實施方式的光催化反應器也具有光催化反應器100相似的效果。

以下為具體實施方式部分：

實施例1

本實施例的光催化反應器的光催化組件的多個光催化片均與紫外燈管間隔設置，且多個光催化片環(huán)繞紫外燈管設置一周以拼接形成空心柱結構，每個光催化片為多個V型褶皺沿一直線依次拼接形成，每個光催化片的V型褶皺的排列方向與紫外燈管的延伸方向平行，且每個光催化片的內表面上附著有光催化劑。其中，每個V型槽的角度為20°，每個V型槽的深度為2厘米。

在水中加入酚類試劑，以使水中碳的摩爾濃度為18.4mol/L，將添加有酚類試劑的水通入本實施例的光催化反應器中，采用分光光度計測試經本實施例的光催化反應器凈化后的水中的碳的摩爾濃度，再根據[(起始水中的碳的摩爾濃度-凈化后的水中的碳的摩爾濃度)/起始水中的碳的摩爾濃度]×100％，得到本實施例的光催化反應器對酚類的去除率。其中，經本實施例的光催化反應器凈化后的水中的碳的摩爾濃度、以及本實施例的光催化反應器對酚類的去除率見表1。

實施例2

本實施例的光催化反應器的結構與實施例1相似，區(qū)別僅在于，本實施例的每個V型槽的角度為5°，每個V型槽的深度為8厘米。

采用實施例1相同的測試方法，得到經本實施例的光催化反應器凈化后的水中的碳的摩爾濃度、以及本實施例的光催化反應器對酚類的去除率見表1。

實施例3

本實施例的光催化反應器的結構與實施例1相似，區(qū)別僅在于，本實施例的每個V型槽的角度為1°，每個V型槽的深度為10厘米。