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一种用于水体修复的光催化浮床

阅读：55发布：2021-02-27

IPRDB可以提供一种用于水体修复的光催化浮床专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于水体修复的光催化浮床，包括固定座以及通过支杆与固定座固定连接的光导浮板和聚光器；所述聚光器呈弧形，聚光器的凹面对着光导浮板，聚光器上连有光导纤维；所述光导浮板为两端开口的中空腔体，光导浮板空腔内填充有固定化光催化剂；所述光导纤维的一端穿过聚光器接收太阳光，一端向下延展，光导纤维上负载有光催化剂。本发明光催化浮床能够用于修复受到抗生素、药物、个人护理品等有机污染物污染的水源地水体或城市景观水体，对水体中痕量有机污染物具有良好的净化效果。，下面是一种用于水体修复的光催化浮床专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：包括固定座以及通过支杆与固定座固定连接的光导浮板和聚光器；所述聚光器呈弧形，聚光器的凹面对着光导浮板，聚光器上连有光导纤维；所述光导浮板为两端开口的中空腔体，光导浮板空腔内填充有固定化光催化剂；所述光导纤维的一端穿过聚光器接收太阳光，一端向下延展，光导纤维上负载有光催化剂。

2.根据权利要求1所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述光导浮板为玻璃、石英或塑料。

3.根据权利要求1所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述光导纤维上的光催化剂为可见光响应催化剂。

4.根据权利要求1所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述光导浮板中空腔体的内侧壁上涂覆有光致储能夜光粉。

5.根据权利要求1所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述光导浮板两个端部的开口处均设有活性炭过滤层。

6.根据权利要求1所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述固定化光催化剂由可见光响应光催化剂或TiO2通过胶接方式或浸渍法负载于负载材料上而制得。

7.根据权利要求6所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述固定化光催化剂呈片状、蜂窝状、螺旋状、颗粒状或纤维状填充在光导浮板的中空腔体内。

8.根据权利要求6所述的用于水体修复的光催化浮床，其特征在于：所述负载材料为活性炭纤维、玻璃纤维、钢丝网、玻璃薄片或塑料。

说明书全文

一种用于水体修复的光催化浮床

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于水体修复的光催化浮床，属于水处理技术领域。

背景技术

[0002] 水环境中有机痕量污染物主要包括：常规难生物降解有机污染物，持久性有机污染物(杀虫剂、工业化学品和生产中的副产品，简称“POPs”)和新兴污染物(药物及个人护理品，简称“PPCPs”)。

[0003] 每年世界上都会消耗大量不同种类的PPCPs，并能通过不同途径进入水环境中。根据最近的研究报道，大量不同种类的PPCPs及其代谢物在地表水、地下水和饮用水中被检出。尽管这类物质目前在水环境中浓度较低，但PPCPs具有结构复杂、难以降解等特点，且经过长期的积累，会对人类及其他生物体造成许多不良的影响。

[0004] 所谓生态修复技术，就是利用特定的生物来吸收、转化、降解和清除环境污染物。根据起作用的生物的不同，可将目前常用的水体生态修复技术分为以下四类：微生物修复，水生动物修复，酶修复和植物修复。其中植物修复又可分为生物浮床技术和人工湿地技术。
水体生态修复技术对于轻污染水体具有一定的净化效果和水质保持效果，然而在污染较严重或难降解有机物含量较高的水体中净化效果就明显不够。即无论采用何种水体生态修复技术，对于有机痕量污染物，都存在耗时长、占地大、维护复杂、不同类别物质去除效果差别大等问题。因此一种对有机痕量污染物具有良好净化效果的光催化浮床的开发很有必要。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于水体修复的光催化浮床，该光催化浮床能够用于修复受到抗生素、药物、个人护理品等有机污染物污染的水源地水体或城市景观水体，且具有良好的净化效果。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

[0007] 一种用于水体修复的光催化浮床，包括固定座以及通过支杆与固定座固定连接的光导浮板和聚光器；所述聚光器呈弧形，聚光器的凹面对着光导浮板，聚光器上连有光导纤维；所述光导浮板为两端开口的中空腔体，光导浮板空腔内填充有固定化光催化剂；所述光导纤维的一端穿过聚光器接收太阳光，一端向下延展，光导纤维上负载有光催化剂。

[0008] 其中，所述光导浮板为玻璃、石英或塑料。

[0009] 其中，所述光导纤维上的光催化剂为可见光响应催化剂。

[0010] 其中，所述光导浮板中空腔体的内侧壁上涂覆有光致储能夜光粉。

[0011] 其中，所述光导浮板两个端部的开口处均设有活性炭过滤层。

[0012] 其中，所述固定化光催化剂由可见光响应光催化剂或TiO2通过胶接方式或浸渍法负载于负载材料上而制得。

[0013] 其中，所述固定化光催化剂呈片状、蜂窝状、螺旋状、颗粒状或纤维状填充在光导浮板的中空腔体内。

[0014] 其中，所述负载材料为活性炭纤维、玻璃纤维、钢丝网、玻璃薄片或塑料。

[0015] 有益效果：本发明光催化浮床能够用于修复受到抗生素、药物、个人护理品等有机污染物污染的水源地水体或城市景观水体，且对水体中痕量有机污染物具有快速良好的净化效果。

附图说明

[0016] 图1为本发明光催化浮床的结构示意图；

[0017] 图2为本发明光催化浮床中光导浮板内部结构示意图；

[0018] 图3为本发明光催化浮床中光导浮板内填充有片状固定化光催化剂的结构示意图；

[0019] 图4为本发明光催化浮床中光导浮板内填充有螺旋片状固定化光催化剂的结构示意图；

[0020] 图5为本发明光催化浮床中光导浮板内填充有蜂窝状固定化光催化剂的结构示意图；

[0021] 图6为本发明光催化浮床中光导浮板内填充有纤维状固定化光催化剂的结构示意图；

[0022] 图7为本发明光催化浮床中光导浮板内填充有颗粒状固定化光催化剂的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

[0024] 如图1～7所示，本发明用于水体修复的光催化浮床，包括固定座5以及通过支杆4与固定座5固定连接的光导浮板1和聚光器2；光导浮板1为两端开口的中空式结构，光导浮板1空腔内均匀填充有固定化光催化剂6，空腔侧壁厚度为1cm，光导浮板1为光导材质制备而成，其具有透光率高、传输损耗低的特点，光导浮板1常用的材料有玻璃、石英或塑料等，光导浮板1内壁上涂覆有光致储能夜光粉7，其白天受太阳光照射时，将光能储存起来，夜间缓慢地释放储存的光能，实现黑暗条件下自发光的功能，使得本发明光催化浮床在夜间也能够进行光催化降解有机污染物的功能；聚光器2呈弧形，聚光器位于光导浮板1的下方，聚光器2的凹面对着光导浮板1，聚光器2将入射到水中的光线反射到光导浮板1中，增强光导浮板1中的光照；聚光器2上连有光导纤维3，光导纤维3的一端穿过聚光器2接收太阳光，一端向下延展至深层水体中，光导纤维3上负载有光催化剂，光导纤维3上负载的光催化剂为可见光响应催化剂，光导纤维3能将光线传入深层水体，促进深层水中痕量有机物的光催化去除，即太阳光通过光导纤维3由表层水体传播到深层水体中，激发光导纤维3表面负载的光催化剂，对深层水体中的难降解有机物也起到光催化降解去除作用。

[0025] 其中，光导浮板1的外表面还设有透明防水层9，在空腔内壁和透明防水层9之间涂有一层光致储能夜光粉7，防水层9能保持光致储能夜光粉7性质和结构的稳定，实现无限次数循环使用；光导浮板1的两个端部开口处均设有活性炭过滤层8。将本发明光催化浮床固定在待修复水体中，水流依靠水体自身流速进入光导浮板1中，先流经光导浮板1前端部的活性炭过滤层8，前端部的活性炭过滤层8能够过滤掉水流中的部分颗粒物，水流进入光催化反应区域，在固定化光催化剂6和太阳光的作用下光催化去除水体中的难降解有机物，经光催化反应区域净化后的水流经光导浮板1后端部的活性炭过滤层8，此时活性炭过滤层8能够防止催化剂颗粒脱落随水流出，经过本发明光催化浮床处理后的水重新流回天然水体中；本发明光催化浮床可以呈模块化多个横向并列固定在待修复水体中，也可以呈纵向排布在待修复水体中。本发明光催化浮床中复合抛物面聚光器2能最大限度的将入射到水中的光线反射到光导浮板1上，增强光导浮板1内的光照强度；光导纤维3将入射的光线传导到一定水深处，激发光导纤维3表面负载的光催化剂6，促进深层水中痕量有机物的光催化降解去除作用；夜晚，本发明光催化浮床一方面可以进行吸附作用去除水中有机污染物，同时储存有太阳能的光致储能夜光粉7缓慢释放能量，使得光催化浮床在夜间也具备一定的光催化能力。

[0026] 本发明光催化浮床中的固定化光催化剂6由元素掺杂改性的TiO2，或其他经过改性的TiO2，g-C3N4，CaIn2S4等具备可见光响应能力的光催化剂或TiO2通过胶接方式或浸渍法负载于负载材料上而制得，光催化剂全面覆盖在负载材料表面，且催化剂不发生堆积，负载材料为活性炭纤维、玻璃纤维、钢丝网、玻璃薄片、塑料等透光性良好的材料，该负载材料在水中性质稳定，不易老化，不与光催化剂发生反应，对水生态环境无影响，负载性好，且能最大限度的避免光的折射和反射；固定化光催化剂6可以呈片状、蜂窝状、螺旋状、颗粒状或纤维状填充在光导浮板1的中空腔体内。图3～7分别为不同形态的固定化光催化剂6填充在光导浮板1腔体内的结构示意图。

[0027] 本发明光导浮板1浸没在水面下，水流依靠自身流速从光导浮板1中流过，光导浮板1中的固定化催化剂6通过自然光的照射激发，在水中产生具有强氧化性的羟基自由基和过氧自由基，从而对水中的难降解有机微污染物实现快速降解；本发明采用光催化浮床对受污染水体进行在线循环处理，在自然条件下降解水体中难以生物降解的有机污染物和无机污染物，具有结构简单、可模块化、处理效率高、处理周期短和能耗低的优点，整个浮床在运行过程中无能耗。本发明光催化浮床通过固定座5固定在待修复水体中，能适应一定的水面波动，方便施工。

[0028] 当本发明光催化浮床光导浮板1中的固定化光催化剂6失去活性时，可直接将光导浮板1内的填充物(包括固定化光催化剂6和活性炭过滤层8)取出，更换上新的材料填充进去，对原来的材料进行回收处理后再利用。

[0029] 本发明光催化浮床能够用于修复受到新兴污染物污染的水源地水体或地表水，浮床中的固定化催化剂6通过自然光的照射激发，与水分子产生强氧化自由基，氧化降解水体中的有机微污染物，在保证降解效果的基础上，还能有效避免催化剂的流失，不会对水环境产生二次污染。最后，本发明光催化浮床无需提供外在动力和人工光照，可依靠水体本身的流动缓慢流经反应装置，实现无动力运行，绿色无污染。

[0030] 实施例1

[0031] 将掺杂W元素的TiO2通过胶接法负载于玻璃纤维布上(纤维布单面负载光催化剂)，将得到的固定化光催化剂6放置在光导浮板1中，控制光导浮板1上表面(距水体表面)的液面高度为1cm，处理单位立方水的光催化剂负载量为2kg，水流速度为142mL/min，水体中的阿替洛尔的初始浓度为10mg/L，在太阳光(辐射照度为700W/m2)下照射4h后，水中阿替洛尔的浓度为1.73mg/L，阿替洛尔的去除率达到82.7％，半衰期为4.21h。

[0032] 对比实施例1

[0033] 取田宫河的水对ATL进行生物降解摇床实验，结果表明ATL的生物降解半衰期为340h；将100μg/L的ATL溶液放在太阳光下照射，光解半衰期远大于72h。

[0034] 通过实施例1和对比实施例1数据对比可知，采用本发明光催化浮床对水体中的药物进行净化处理时，其能够快速净化水体中的痕量有机物，阿替洛尔的半衰期为4.21h；而现有的水体修复技术在处理水环境中痕量药物时，药物的半衰期远大于72h。从而说明采用本发明光催化浮床能大大降低阿替洛尔的半衰期，对于水环境中药物的去除具有显著优势。

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