介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水方法及設備技術

一種介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水方法，其特征在于，交變高壓電源（５）輸出高壓，施加在放電等離子體反應器（４）中的放電電極（１）和低壓電極（２）之間，電場強度為±１０－１００ｋＶ／ｃｍ范圍時，形成放電等離子體，產生流光放電；放電產生的流光作為光源，誘導半導體催化劑活性，產生氧化性基團，氧化有機物，半導體催化劑為金屬氧化物，半導體催化劑是以粉體、載體膜、電極表面膜等形式存在，半導體催化劑中摻有金屬離子，發揮放電產生流光中的可見光部分的作用。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于環境污染治理
特別涉及一種介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水方法和設備。
技術介紹
隨著工業的飛速發展，世界人口的增加，對淡水的需求量正在迅猛的增加，由此帶來工業污水和生活污水量的增加。這些污水中含有大量的有毒有機物和重金屬，如不加處理直接排放，將給環境帶來嚴重污染，影響到人類的生存和工農業的可持續開展。目前，常用的廢水處理是生化法，并有一些物理化學方法相補充，如電解法、氣浮法、吸收法等。但是，這些方法對處理難生化降解有機物廢水的效果還不能達到處理要求。因此必須研究開發新的水污染控制技術，如半導體光催化技術和脈沖放電等離子體技術等。半導體光催化降解水中難生化有機物是目前國內外熱門的研究課題，進行了比較廣泛和深入的研究，并取得了一些研究結果。其原理是當能量大于禁帶寬度的光照射半導體時，其價帶上的電子(e-)被激發，躍遷禁帶進入導帶，同時在價帶上產生相應的空穴(h+)。若半導體此時處于溶液中，則在電場的作用下電子與空穴分離并遷移到粒子表面的不同位置。光生空穴有很強的得電子能力，可奪取半導體顆粒表面的有機物或溶劑中的電子，使原本不吸收入射光的物質被活化氧化，而電子受體則可以通過接受表面上的電子而被還原。水溶液中的光催化氧化反應，在半導體表面失去電子的主要是水分子，水分子經變化后生成氧化能力極強的羥基自由基OH，由其與有機物反應。由于電子和空穴在到達催化劑界面之前，要發生復合，降低了電子和空穴與希望反應物的化學反應，即降低了光催化劑效果。所以，為了抑制電子和空穴的復合，需要向溶液中加入俘獲劑，或增加一個外加電場，來保證半導體光催化效果。目前，介質阻擋放電等離子體技術在水處理方面得到了廣泛研究。其原理是利用放電等離子體產生的高能電子，撞擊水分子和水體中溶解的氣體分子，發生電離和激發，產生氧化性強的活性基團和臭氧，來氧化水體中溶解的有機物。介質阻擋放電等離子體在產生高能電子過程中，伴隨著流光的產生，而流光在廢水處理中具體作用，以及引起其他效應在廢水處理中作用的研究也沒有見到相關報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種將半導體光催化和介質阻擋放電等離子體技術結合起來，降解水中難生化處理有機物的介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水方法及設備。本專利技術的原理是利用介質阻擋放電產生的流光作為光源，來誘導半導體催化劑的活性，產生活性物種，氧化還原水體中存在的難生化降解的有機物，生成無機物，或是生成易生化降解的有機物，實現降解水中難生化有機物的目的。介質阻擋放電的流光直接作用在半導體催化劑上，不需要其他外界光源，光源的效率高；放電流光的頻譜主要分布在紫外區，是半導體催化劑的靈敏區域；放電的電場可以阻止電子-空穴復合，節省向光催化反應器施加的俘獲劑；放電電場可以加速價帶上和導帶上的電子，增加電子-空穴對的產生；介質阻擋放電等離子體在水體中可以產生如OH、O3等強氧化性的活性基和物種，產生協同作用，提高降解有機物的效果。本專利技術的技術解決方案是，一種介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水方法，交變高壓電源5輸出高壓，施加在放電電極1和低壓電極2之間，放電電極1被絕緣介質3覆蓋，調整絕緣介質3的厚度和介電常數、絕緣介質3和低壓電極2之間距離、電源5輸出脈沖電壓峰值和頻率，使絕緣介質3和低壓電極2之間的電場強度達到±10-100kV/cm范圍時，在絕緣介質3和低壓電極2之間形成放電等離子體，產生流光放電；利用放電產生的流光作為光源，誘導半導體催化劑活性，產生氧化性基團，氧化有機物，半導體催化劑為金屬氧化物，如二氧化鈦。半導體催化劑附著在絕緣介質和低壓電極表面上。半導體催化劑附著在載體上。半導體催化劑是粉體。半導體催化劑中摻有金屬離子。實現介質阻擋放電誘導半導體光催化處理有機廢水的方法的設備，由放電等離子體反應器4、高壓電源5和水循環系統構成，反應器4由放電電極1、低壓電極2構成，放電電極被絕緣介質3覆蓋，水循環系統由水槽7、水泵10和管道12構成，脈沖高壓電源5用電源引線9與放電電極1、低壓電極2連接，氣泵6與反應器4內的曝氣頭8連接。放電電極1、低壓電極2為同軸圓筒式，高壓放電電極1是曲率半徑稍小的金屬棒等導電材料和系統，被埋藏于絕緣介質3中，低壓電極2是在放電電極外側的曲率半徑大的金屬圓筒，可以直接接地，或將放電電極1和低壓電極2分別嵌入在絕緣介質3里，放電電極外側的絕緣介質3和低壓電極2內側，或放電電極外側的絕緣介質3和低壓電極2內側的絕緣介質3之間(形成等離子體區域)距離為1-100mm，根據處理水量的多少反應器內部電極結構采用并聯和串聯的形式。放電電極1、低壓電極2為板-板式，放電電極1和低壓電極2均為平行的金屬板，絕緣介質3覆蓋在高壓放電電極1上，或是分別覆蓋在放電電極1和低壓電極2的相對內側，放電電極的絕緣介質3和相對的低壓電極2內側，或放電電極的絕緣介質3和低壓電極2的絕緣介質3內側之間(形成等離子體區域)距離為1-100mm，根據處理水量的多少反應器內部電極結構采用并聯和串聯的形式。在電極制作過程中，將半導體催化劑附著在放電電極1的絕緣介質3和低壓電極2表面上，或附著在放電電極1的絕緣介質3和低壓電極2的絕緣介質3表面上，制作成具有光催化功能的電極形態，更好的發揮光催化作用和提高光的利用效率。半導體催化劑半導體催化劑可以制備成粉體、付著在載體上，和電極及介質的表面上，要求是對200-400nm光響應的催化劑，或慘雜一些金屬離子，使放電產生的其它區域的光(例如，部分可見光)也能夠發揮作用，使催化劑具有高效和廣普性。曝氣系統在反應器底部安裝曝氣頭，使氣液均勻的分布于反應器中，實現氣、液、固三相存在的優化放電等離子體狀態。氣泵提供恒壓穩定的氣體。催化劑附著在顆粒性載體上，構成床式結構反應器，或附著電極表面的反應器，用來脫除氣體中的有機廢氣，凈化室內空氣和化工廠排出的廢氣。交變的高壓電源5是正、負極性交替變化的高壓電源水循環系統包括水泵10和管路12等，將反應器4、廢水單元和排水單元連接在一起。被處理的有機廢水11或有機廢氣從反應器4上端或反應器4下端進入反應器4內部，從反應器4下端或反應器4上端流出反應器4。有機廢水11連續地通過反應器4，也可以間歇的通過反應器4。采用連續式時，廢水是通過水泵10進行循環處理，或保持一定的停留時間，達到處理要求，再外排。而采用間歇式情況，廢水11通過水泵10注入反應器4進行處理，達到處理要求后外排。另外，為了使反應器4保持恒溫，可以在反應器4外側增加一套冷卻裝置。并且，配備一些附屬設施，如閥門、儲水箱等。通過放電產生的流光誘導半導體催化劑活性，產生活性基團，氧化還原廢水中難生化處理的有機物，并且，發揮電場阻止電子與空穴復合，和等離子體降解有機物的協同效果，使這些有機物轉化成水、二氧化碳、無機鹽等無害物質?；蛏煽缮幚淼挠袡C物，再經過生化等方法進行處理，最終礦化為水、二氧化碳、無機鹽等?？梢院推渌椒ńY合，作為中間或深度處理的工藝過程。還能夠直接對有機廢氣進行處理。本專利技術的有益效果和益處是，采用介質阻擋放電產生的流光作為光源，直接和催化劑作用，光源效率高，并發揮電場和等離子體等協同作用的優勢，對廢水處理效率高，尤其是對含有難生化的持久性有機物本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李杰，吳彥，王寧會，李國鋒，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：