專利名稱：光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理消毒設(shè)備，尤其是涉及一種光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備。
技術(shù)背景
人類賴以生存的水體當(dāng)下正面臨著環(huán)境污染的巨大壓力。水體中除了大量致病微 生物和細(xì)菌外，還有眾多有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，而且各種水體中污染物成分復(fù)雜，濃度亦不相 同，因此給水體消毒或凈化帶來(lái)難題。
傳統(tǒng)的氯消毒技術(shù)雖然成本低、效果可靠，但因在消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氯胺、三氯 胺、三鹵甲烷等諸多副產(chǎn)物，而這些副產(chǎn)物長(zhǎng)期作用于人體，會(huì)對(duì)人體的健康造成一定的危 害，容易致癌，致畸，致突變。因此逐漸淡出人們視野，成為將來(lái)要淘汰的技術(shù)。在現(xiàn)有的水處理消毒技術(shù)中，臭氧消毒技術(shù)成熟，殺菌效果好。其原理是臭氧具備的 強(qiáng)氧化性，可以破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧 化酶等，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞細(xì)胞、核糖核酸(RNA)，分解脫氧核糖核酸 (DNA)、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的代謝和繁殖過(guò)程遭到破壞。但 是臭氧消毒系統(tǒng)復(fù)雜，投資成本和運(yùn)行費(fèi)用高，存在操作難度大，需要大量的日常維護(hù)，對(duì) 操作人員的技術(shù)要求高等問(wèn)題，因此難以推廣應(yīng)用。
紫外線消毒就是通過(guò)紫外線的照射，破壞及改變微生物的DNA (脫氧核糖核酸)結(jié) 構(gòu)，使細(xì)菌當(dāng)即或不能繁殖后代，達(dá)到殺菌的目的。真正具有殺菌作用的是UV-C紫外線， 因?yàn)镃波段紫外線很易被生物體的DNA吸收，尤以253. 7nm左右的紫外線最佳。紫外線 消毒技術(shù)的應(yīng)用歷史比較悠久，1877 Dowries和Blimt報(bào)道太陽(yáng)光輻射能量的殺菌作用； 1906-1909年，法國(guó)的馬賽一家自來(lái)水廠最先安裝了一套紫外線消毒系統(tǒng)對(duì)飲用水進(jìn)行消 毒，規(guī)模為200m3/d ； 1916年，美國(guó)第一個(gè)大規(guī)模的飲用水紫外線消毒系統(tǒng)為Kentucky的 Henderson的12000居民服務(wù)。20世紀(jì)60年代，隨著高效率、長(zhǎng)壽命紫外燈管的出現(xiàn)，以及 人們對(duì)氯消毒系統(tǒng)安全性問(wèn)題的廣泛關(guān)注，紫外線在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用得到了非常迅速發(fā) 展。
紫外線消毒的缺點(diǎn)主要是能耗大、紫外燈管清洗不徹底，無(wú)持久殺菌能力，容易 造成管網(wǎng)的二次污染；濁度及水中懸浮物(SQ對(duì)紫外殺菌效果有較大影響；對(duì)于某些抗 紫外線的病毒需要較高的滅活劑量；殺滅的細(xì)菌有可能會(huì)光修復(fù)。由于細(xì)菌、病菌和病毒長(zhǎng) 期暴露在太陽(yáng)光下面(日光中包括紫外線)，長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)化過(guò)程，使這些細(xì)菌、病菌和病毒產(chǎn) 生對(duì)單一紫外線的抵抗力，這種抵抗力被人們定義為為活化酶?；罨复嬖谟诩?xì)菌和病菌 的細(xì)胞內(nèi)，一旦細(xì)菌和病菌的DNA受到損傷，這種活化酶就會(huì)發(fā)揮功效，幫助受損部分迅速 恢復(fù)成原來(lái)的狀態(tài)。這樣一個(gè)反應(yīng)過(guò)程被稱為細(xì)菌和病菌的復(fù)活反應(yīng)，在有光的情況下此 種反應(yīng)能進(jìn)行的非常迅速。
光催化作為水(或污水)處理的新技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)一是作為應(yīng)用最廣泛的高活 性光催化劑——二氧化鈦具有穩(wěn)定性好、無(wú)毒、廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)；二是在紫外光的照射下，二氧 化鈦具備極強(qiáng)的氧化一還原作用，將光催化劑表面的各種細(xì)菌及污染物摧毀。但常規(guī)化學(xué)方法制備的二氧化鈦粉末及薄膜一般晶化程度不高，比表面積低，造成性能受到一定的影 響。如何提高光催化反應(yīng)的光量子產(chǎn)率，是光催化大規(guī)模應(yīng)用面臨的主要難題之一。
曾經(jīng)有人考慮將紫外線消毒與光催化技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行水處理，如中國(guó)專利公開(kāi) 的一種水質(zhì)消毒殺菌裝置(申請(qǐng)?zhí)?005100366606)，該裝置采用紫外燈管照射涂有二氧化 鈦涂層的玻璃過(guò)水管形式對(duì)流過(guò)過(guò)水管的水進(jìn)行雙重處理。但從其技術(shù)方案分析，不難發(fā) 現(xiàn)即使不考慮其過(guò)水管結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)的因素外，采用該技術(shù)方案進(jìn)行殺菌消 毒效果也必定不理想，尤其是不可能用于大規(guī)模、工廠化的水處理。這是因?yàn)橛捎诓ㄩL(zhǎng)為 253. 7nm強(qiáng)紫外光對(duì)于殺菌最為有效，現(xiàn)有用于水處理的中壓高強(qiáng)紫外燈的紫外光波長(zhǎng)為 200nm ^Onm，低壓高強(qiáng)紫外燈波長(zhǎng)為253. 7nm。而現(xiàn)有二氧化鈦涂層的制備技術(shù)還存在 很大局限，利用常規(guī)化學(xué)方法得到的二氧化鈦薄膜的紫外光激發(fā)有效區(qū)間為300nm-388nm， 并且以350nm-365nm為吸光峰。因此，即使使用殺菌紫外燈照射上述二氧化鈦涂層，也不能 得到有效激發(fā)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決現(xiàn)有明渠式紫外線消毒設(shè)備耗能大、殺菌能力有限，現(xiàn)有二氧化 鈦涂層的激發(fā)有效區(qū)間與紫外線燈管輻射區(qū)間不對(duì)應(yīng)等技術(shù)問(wèn)題、同時(shí)本發(fā)明還解決了紫 外燈管清洗不徹底，電子鎮(zhèn)流器散熱耗能大等技術(shù)問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是該光催化明渠式紫外線消毒設(shè) 備包括明渠，多組紫外線燈管模塊、電子鎮(zhèn)流器模塊、控制系統(tǒng)，所述紫外線燈管模塊懸掛 在明渠中，在明渠上設(shè)有維護(hù)吊車，所述任意兩組紫外線燈管模塊之間設(shè)有一組二氧化鈦 光催化模塊，所述二氧化鈦光催化模塊包括不銹鋼框架，所述不銹鋼框架上的兩側(cè)面均設(shè) 有光催化網(wǎng)，兩層光催化網(wǎng)內(nèi)夾置有光催化球，所述光催化網(wǎng)由不銹鋼網(wǎng)和覆蓋在不銹鋼 網(wǎng)上的超細(xì)二氧化鈦涂層構(gòu)成，光催化球由不銹鋼球和覆蓋在不銹鋼球上的超細(xì)二氧化鈦 涂層構(gòu)成。
作為優(yōu)選，所述不銹鋼框架由邊框、掛架焊接成包圍結(jié)構(gòu)，其中掛架設(shè)在邊框頂 部，掛架的兩端部設(shè)有掛耳，在邊框框內(nèi)立面上靠近邊框兩外側(cè)面處各設(shè)有一插槽，所述光 催化網(wǎng)插在插槽內(nèi)，兩層光催化網(wǎng)之間距離為124. 6 125. 4mm。
作為優(yōu)選，光催化網(wǎng)的頂部包裹有加強(qiáng)筋，光催化網(wǎng)網(wǎng)孔為正六邊形，呈蜂窩形 狀。
作為優(yōu)選，所述光催化球表面開(kāi)有若干沉水孔。
作為優(yōu)選，所述紫外線燈管模塊包括燈管框架、自動(dòng)清洗裝置，其中燈管框架由掛 架和位于掛架底部?jī)啥说臒艄苤Ъ軜?gòu)成，石英玻璃套笪通過(guò)Ω型圈固定在燈管支架上，石 英玻璃套管內(nèi)設(shè)有紫外燈笪。
作為優(yōu)選，所述自動(dòng)清洗裝置包括氣缸、拖動(dòng)桿、支撐環(huán)，其中氣缸設(shè)在掛架的空 腔內(nèi)，氣缸活塞桿的端部與槽型滑塊連接，槽型滑塊設(shè)置在空腔里的導(dǎo)軌上，槽型滑塊底部 與拖動(dòng)桿頂端連接，拖動(dòng)桿內(nèi)設(shè)有從拖動(dòng)桿底部一直延伸至拖動(dòng)桿頂端的通氣管道，通氣 管道頂端出口處設(shè)有主氣嘴，主氣嘴與汽缸上的供應(yīng)氣嘴的支氣嘴連接，拖動(dòng)桿上設(shè)有多 個(gè)撥叉，每一撥叉根部的上方設(shè)有與通氣導(dǎo)管連通的分氣嘴；所述支撐環(huán)套設(shè)在石英玻璃 套置上，其外圈設(shè)有撥叉槽，所述撥叉插入對(duì)應(yīng)的支撐環(huán)上的撥叉槽內(nèi)，支撐環(huán)內(nèi)圈設(shè)有兩道環(huán)形槽，一道為清洗圈槽，清洗圈槽中鑲嵌有套住石英玻璃套管上的四氟乙烯清洗圈，另 一道為噴氣槽，噴氣槽與貫穿支撐環(huán)壁的噴氣槽氣嘴連接，噴氣槽氣嘴上套有軟管，軟管的 另一端與離該支撐環(huán)最近的分氣嘴連接。
作為優(yōu)選，所述電子鎮(zhèn)流器設(shè)置在橫跨明渠的跨水渠機(jī)柜內(nèi)的散熱底板上，散熱 底板底部與多個(gè)一字排開(kāi)的片狀鋁、銅散熱體連接，所述散熱體的橫截面為流線形，其底端 設(shè)置在水渠中。
作為優(yōu)選，所述光催化網(wǎng)或光催化球的制作方法包括以下步驟A.控制溶解溫度40°C 50°C，量取5 7份鈦酸四丁酯液體倒入不銹鋼容器內(nèi)，在恒 速劇烈攪拌的情況下，將25 35份無(wú)水乙醇滴加到鈦酸四丁酯中，同時(shí)加入2 3份檸檬 酸、2 3份乙二醇制成混合溶液；B.快速移取0.3 0. 7份乙酰丙酮到混合溶液中，在恒速劇烈攪拌的狀態(tài)下，以0. 5滴 /s的速度緩慢加入去離子水1 1. 5份，滴畢后加入0. 002 0. 003份N-?；鵈D3A，繼 續(xù)攪拌3分鐘，然后用超聲波振蕩封1 3小時(shí)，待溶液形成白色透明溶膠，將白色透明溶 膠靜置陳化96小時(shí)，于是得到具有很高的分散性及穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠；C.采用浸漬一提膜的方法將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球放入二氧化鈦溶膠中，溫度控制在 27 30°C，浸漬M小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm / s，濕膜在50 60 ！烘箱中烘15分 鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中于90°C 100°C烘15分 鐘，然后在馬福爐中以2°C / min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)，于是光催化網(wǎng)或光催化 球表面均勻的覆蓋了 一層超細(xì)二氧化鈦涂層。
作為優(yōu)選，所述光催化網(wǎng)或光催化球還可以采用以下方法制作，該制作方法包括 以下步驟A.取鈦酸四丁酯液體5 6份與異丙醇20 沈份稀釋成混合溶液，在恒速劇 烈攪拌的情況下，快速移取0.1份濃鹽酸加入到混合溶液中，攪拌2分鐘后，加入去離子 水1 1. 2份繼續(xù)攪拌30min，得到淺黃色透明凝膠；B.往透明凝膠中加入重量比為30%的P25納米級(jí)二氧化鈦粉得到二氧化鈦前驅(qū)體溶 液，將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球放入前驅(qū)體溶液中，浸漬5小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm/ s，濕 膜在80 ！烘箱中烘15分鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中 于100°C烘15分鐘，然后在馬福爐中以2°C / min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)后取出 用去離子水清洗，烘干后即得到光催化網(wǎng)或光催化球。
作為優(yōu)選，所述維護(hù)吊車包括電動(dòng)起重葫蘆、起重橫梁和行車，其中行車頂部設(shè)有 跨水渠橫梁、起重橫梁吊掛在跨水渠橫梁下方的軌道上，電動(dòng)起重葫蘆設(shè)置在起重橫梁上， 所述明渠兩側(cè)埋設(shè)有工字鋼軌道梁，行車的車輪擱置在工字鋼軌道梁上。
本發(fā)明將紫外線殺菌技術(shù)、二氧化鈦光催化滅菌技術(shù)等諸多新技術(shù)應(yīng)用在消毒明 渠中，具有節(jié)能效果好、殺菌廣譜、殺菌效率高、工作效率高等特點(diǎn)。在C波段紫外光的照射 下，本發(fā)明對(duì)所有的細(xì)菌和病毒都能高效殺滅，能夠永久滅活抗氯性微生物組織，例如嗜肺 軍團(tuán)菌、大腸桿菌、假單胞菌、隱孢子蟲(chóng)、阿米巴蟲(chóng)等，紫外線通過(guò)破壞這些微生物的DNA和 DNA修復(fù)酶來(lái)達(dá)到滅活效果。同時(shí)本發(fā)明特制的光催化網(wǎng)或光催化球在C波段紫外光的照 射下，能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的自由基，該自由基能夠?qū)⒐獯呋W(wǎng)或光催化球表面幾乎所有的 有機(jī)物徹底摧毀，具備降解包括一氯胺、二氯胺、三氯胺在內(nèi)的有機(jī)化合物的能力，從而有 效杜絕了有毒有機(jī)化合物對(duì)人體的影響。并且消毒過(guò)程中，沒(méi)有復(fù)活反應(yīng)，沒(méi)有菌群反彈現(xiàn)象，對(duì)水體和周圍環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生有毒及有害副產(chǎn)物，不產(chǎn)生二次污染，能絕對(duì)保證消毒效果 和出水水質(zhì)。此外，在使用一定時(shí)間后，本發(fā)明特別設(shè)計(jì)的自動(dòng)清洗裝置可以及時(shí)對(duì)紫外燈管進(jìn)行 清洗，以保證系統(tǒng)的殺菌能力不受影響。應(yīng)用表明與普通明渠式紫外線消毒設(shè)備相比，在 同發(fā)明等消毒效果下，本發(fā)明耗電量?jī)H為普通明渠式紫外線消毒設(shè)備的60 70%。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的剖面圖；圖3是圖1所示二氧化鈦光催化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是圖3所示二氧化鈦光催化模塊的左視圖； 圖5是圖3所示二氧化鈦光催化模塊的主視圖； 圖6是光催化網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是光催化球的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是圖1所示電子鎮(zhèn)流器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是圖8所示B-B處剖視圖； 圖10是圖1所示紫外線燈管模塊的左視圖； 圖11是圖1所示紫外線燈管模塊的主視圖； 圖12是圖11所示A處結(jié)構(gòu)放大圖； 圖13是圖11所示B處結(jié)構(gòu)放大圖； 圖14是超細(xì)二氧化鈦涂層SEM圖；圖15是不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球表面超細(xì)二氧化鈦涂層的UV圖譜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的剖面圖。由圖1結(jié)合圖2可知，本 發(fā)明首先根據(jù)實(shí)際水處理需要設(shè)計(jì)明渠渠體1，在明渠1 土建施工時(shí)，明渠1兩側(cè)應(yīng)先預(yù)埋 20#工字鋼軌道梁4。水位控制采用過(guò)水堰構(gòu)造，包括后過(guò)水堰門3、前過(guò)水堰門31、進(jìn)水孔 21、出水孔2等，待消毒水體從進(jìn)水孔21進(jìn)入，翻過(guò)前過(guò)水堰門31后進(jìn)入明渠內(nèi)，然后翻過(guò) 后過(guò)水堰門3從出水孔2流出，該過(guò)水堰構(gòu)造運(yùn)行可靠，既可保持高峰流量時(shí)間的最高水 位，也可保證在零流量時(shí)紫外燈管浸沒(méi)在水中。
明渠1內(nèi)設(shè)有水位傳感器100，后過(guò)水堰門3上設(shè)有水位控制閥門110，控制系統(tǒng) 根據(jù)水位傳感器100的信號(hào)對(duì)水位控制閥門110進(jìn)行自動(dòng)控制，在最低水位和最高水位之 間自動(dòng)調(diào)節(jié)，以恒定水位，保證燈管全部淹沒(méi)在污水中。當(dāng)水流量增大，水壓增大，水位控制 閥門110開(kāi)啟放水，水壓恢復(fù)正常后水位控制閥門110關(guān)閉。水位傳感器100還可以確保 水渠中的水位在低于設(shè)定最小水位時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并將相關(guān)燈管熄滅。
在明渠1內(nèi)平行懸掛有3個(gè)紫外燈管模塊5，任意兩組紫外線燈管模塊5之間設(shè)有 一組二氧化鈦光催化模塊6。明渠1上設(shè)有跨水渠機(jī)柜7，電子鎮(zhèn)流器73安裝在跨水渠機(jī) 柜7內(nèi)。
明渠1上方還設(shè)有結(jié)構(gòu)緊湊、使用非常方便的維護(hù)吊車9，該維護(hù)吊車9由跨水渠 橫梁91、電動(dòng)起重葫蘆93、起重橫梁94和行車95等構(gòu)成。行車95的車輪96擱置在工字 鋼軌道梁4上，起重橫梁94吊掛在跨水渠橫梁91下方的軌道上，電動(dòng)起重葫蘆93設(shè)置在起 重橫梁94上。通過(guò)控制器，操作人員可以方便的控制起重橫梁94行走以及掛鉤92升降。
明渠1內(nèi)各模塊安裝、維護(hù)均可用吊車9吊離水面，因此維護(hù)或檢修時(shí)無(wú)須中斷整 個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，即使一個(gè)消毒模塊出現(xiàn)故障也不會(huì)影響別的消毒模塊的運(yùn)行，只需將發(fā)生 故障的消毒模塊維修或更換，系統(tǒng)又可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖3是圖1所示二氧化鈦光催化模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3所示二氧化鈦光 催化模塊的左視圖；圖5是圖3所示二氧化鈦光催化模塊的主視圖；由圖3結(jié)合圖4、圖5 可知，二氧化鈦光催化模塊6具有一不銹鋼框架61，框架61由邊框611、掛架64焊接成包 圍結(jié)構(gòu)，掛架64設(shè)在邊框611頂部，掛架64的兩端部設(shè)有掛耳62，掛架64的頂部?jī)深^設(shè)有 供維護(hù)吊車9的吊鉤固定的吊耳63。
在邊框611框內(nèi)立面上，靠近邊框611外側(cè)面8 mm 12 mm處設(shè)有插槽68，插 槽68深10 15 mm，光催化網(wǎng)65插在插槽68內(nèi)，兩層光催化網(wǎng)65之間距離為124. 6 125. 4mm。
光催化網(wǎng)65由不銹鋼網(wǎng)650和覆蓋在不銹鋼網(wǎng)650表面的超細(xì)二氧化鈦涂層651 構(gòu)成(如圖6所示)。光催化網(wǎng)65頂部包裹有20mm加強(qiáng)筋66。光催化網(wǎng)65的網(wǎng)孔67為正 六邊形，呈蜂窩形狀，網(wǎng)孔67尺寸為內(nèi)切圓半徑為0. 4 0. 5cm。
兩層光催化網(wǎng)65內(nèi)夾置有光催化球69，光催化球69直徑Φ為90 100 mm,由 不銹鋼球690和覆蓋在不銹鋼球690上的超細(xì)二氧化鈦涂層670構(gòu)成，不銹鋼球690為空 心構(gòu)造，其表面開(kāi)有若干沉水孔691 (如圖7所示)。
超細(xì)二氧化鈦涂層670最好采用以下方法制作，該制作方法為控制溶解溫度 40°C 50°C，量取5 7份鈦酸四丁酯(化學(xué)純)液體倒入不銹鋼容器內(nèi)，在恒速劇烈攪拌的 情況下，將25 35份無(wú)水乙醇滴加到鈦酸四丁酯中，同時(shí)加入2 3份檸檬酸(分析純)、 2 3份乙二醇(分析純)制成混合溶液；然后快速移取0. 3 0. 7份乙酰丙酮(分析純)到混合溶液中，在恒速劇烈攪拌的狀態(tài) 下，以0. 5滴/s的速度緩慢加入去離子水1份(或1. 2份或1. 5份)，滴畢后加入0. 002 0. 003份N-酰基ED3A (分析純)，繼續(xù)攪拌3分鐘，然后用超聲波振蕩封1 3小時(shí)，待溶 液形成白色透明溶膠，將白色透明溶膠靜置陳化96小時(shí)，陳化期間需不斷的過(guò)濾析出物， 于是得到具有很高的分散性及穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠；采用浸漬一提膜的方法將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球放入二氧化鈦溶膠中，溫度控制在 27 30°C，浸漬M小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm / s，濕膜在50 60 ！烘箱中烘15分 鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中于70°C 80°C烘15分鐘， 然后在馬福爐中以2°C/ min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)后取出用去離子水清洗，烘 干后即得到光催化網(wǎng)或光催化球。
在以上制作方法中，聚乙二醇是一種非離子表面活性劑，二氯氧鈦溶液中加入該 添加劑后，N-?；鵈D3A是一種螯合性表面活性劑，具有較強(qiáng)的螯合能力與分散效果。適量 的N-?；鵈D3A對(duì)溶液中的離子具有優(yōu)良的分散作用，適量的N-?；鵈D3A(0. 002 0. 003 份)在反應(yīng)中可以改變偏鈦酸凝膠顆粒的表面特性，增強(qiáng)空間位阻效應(yīng)，與Ti形成螯合物，起到縮聚和控制Ti02結(jié)晶生長(zhǎng)的作用，使偏鈦酸凝膠顆粒均勻地分散在反應(yīng)體系中，而乙 二醇、檸檬酸對(duì)晶化過(guò)程有重要影響，與Ti結(jié)合后進(jìn)一步阻礙了晶體生長(zhǎng)，使Ti02粒徑降 低。
其次，本發(fā)明中的二氧化鈦涂層還可采用以下方法制取取鈦酸四丁酯液體5 6 份與異丙醇20 沈份稀釋成混合溶液，在恒速劇烈攪拌的情況下，快速移取0. 1份濃鹽酸 加入到混合溶液中，攪拌2分鐘后，加入去離子水1 1. 2份繼續(xù)攪拌30min，得到淺黃色 透明凝膠，往透明凝膠中加入重量比為30%的P25納米級(jí)二氧化鈦粉(市售產(chǎn)品，德國(guó)德固 薩degussa公司用氣相法生產(chǎn)工藝生產(chǎn))得到二氧化鈦前驅(qū)體溶液，將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球 放入前驅(qū)體溶液中，浸漬5小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm / s，濕膜在80 ！烘箱中烘15分 鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中于100°C烘15分鐘，然后 在馬福爐中以2°C/ min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)后取出用去離子水清洗，烘干后 即得到光催化網(wǎng)或光催化球。
當(dāng)二氧化鈦晶粒尺寸減小到一定程度后，光能隙藍(lán)移，對(duì)應(yīng)于更高的氧化-還原 電位，因而有更強(qiáng)的氧化-還原能力；另外晶粒尺寸減小后，光生載流子遷移到晶粒表面的 時(shí)間大大縮短，有效地減少了光生電子和光生空穴的體相復(fù)合。因此，采用上述方法制作的 超細(xì)二氧化鈦層不僅能顯著地提高其光催化活性，而且還具有成本低，制作方便、安全等優(yōu)點(diǎn)ο
為了驗(yàn)證以上制作方法制作的二氧化鈦光催化模塊的效果，以下對(duì)光催化網(wǎng)、光 催化球上超細(xì)二氧化鈦涂層性能進(jìn)行檢測(cè)。
1.采用FEI-SIRI0N-200型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM，美國(guó))觀察超細(xì)二氧化鈦涂 層的表面形態(tài)，透射電鏡可以直觀地了解這種納米顆粒的形貌、幾何形態(tài)和粒度分布等，從 而輔助證明粉體顆粒外觀特性。其表面形貌見(jiàn)圖14 (超細(xì)二氧化鈦涂層SEM圖)，由圖14 可知，涂層表面均勻地分布著納米級(jí)球形Ti02顆粒，顆粒直徑為20 30 nm。并且涂層上 排列有均勻分布的孔洞結(jié)構(gòu)、直徑大約為十幾納米。由于涂層表面具有多孔結(jié)構(gòu)，因此提高 了超細(xì)二氧化鈦涂層的比表面積，從而大大提高了其光催化效率。
2.采用UV-2000型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(美國(guó)尤尼柯)對(duì)不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球 表面超細(xì)二氧化鈦涂層進(jìn)行分析。圖15是不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球表面超細(xì)二氧化鈦涂層的 UV圖譜。
從圖15可以看出超細(xì)二氧化鈦涂層的吸收峰λ max在250 270 nm間。可見(jiàn) 本發(fā)明光催化網(wǎng)、光催化球在紫外光范圍內(nèi)有著很好的吸收率，表明普通殺菌紫外燈就可 以激發(fā)本發(fā)明光催化網(wǎng)、光催化球，二氧化鈦涂層受激發(fā)后產(chǎn)生的空穴一電子對(duì)氧化能力 將會(huì)更強(qiáng)，可很好地利用紫外燈的光源。
3.膠帶拉膜試驗(yàn)采用膠帶拉膜的方法對(duì)超細(xì)二氧化鈦涂層與不銹鋼網(wǎng)或不銹 鋼球結(jié)合性能進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 帶拉膜試驗(yàn)
權(quán)利要求
1.一種光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，包括明渠，多組紫外線燈管模塊、電子鎮(zhèn)流器模 塊、控制系統(tǒng)，所述紫外線燈管模塊懸掛在明渠中，在明渠上設(shè)有維護(hù)吊車，其特征是所述 任意兩組紫外線燈管模塊之間設(shè)有一組二氧化鈦光催化模塊，所述二氧化鈦光催化模塊包 括不銹鋼框架，所述框架上的兩側(cè)面均設(shè)有光催化網(wǎng)，兩層光催化網(wǎng)內(nèi)夾置有光催化球，所 述光催化網(wǎng)由不銹鋼網(wǎng)和覆蓋在不銹鋼網(wǎng)上的超細(xì)二氧化鈦涂層構(gòu)成，光催化球由不銹鋼 球和覆蓋在不銹鋼球上的超細(xì)二氧化鈦涂層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述不銹鋼框架由 邊框、掛架焊接成包圍結(jié)構(gòu)，其中掛架設(shè)在邊框頂部，掛架的兩端部設(shè)有掛耳，在邊框框內(nèi) 立面上靠近邊框兩外側(cè)面處各設(shè)有一插槽，所述光催化網(wǎng)插在插槽內(nèi)，兩層光催化網(wǎng)之間 距離為124. 6 125. 4_。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述光催化網(wǎng)的頂 部包裹有加強(qiáng)筋，光催化網(wǎng)網(wǎng)孔為正六邊形，呈蜂窩形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述光催化球表面 開(kāi)有若干沉水孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述紫外線燈管模 塊包括燈管框架、自動(dòng)清洗裝置，其中燈管框架由掛架和位于掛架底部?jī)啥说臒艄苤Ъ軜?gòu) 成，石英玻璃套管通過(guò)Ω型圈固定在燈管支架上，石英玻璃套管內(nèi)設(shè)有紫外燈管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述自動(dòng)清洗裝置 包括氣缸、拖動(dòng)桿、支撐環(huán)，其中氣缸設(shè)在掛架的空腔內(nèi)，氣缸活塞桿的端部與槽型滑塊連 接，槽型滑塊設(shè)置在空腔里的導(dǎo)軌上，槽型滑塊底部與拖動(dòng)桿頂端連接，拖動(dòng)桿內(nèi)設(shè)有從拖 動(dòng)桿底部一直延伸至拖動(dòng)桿頂端的通氣管道，通氣管道頂端出口處設(shè)有主氣嘴，主氣嘴與 汽缸上的供應(yīng)氣嘴的支氣嘴連接，拖動(dòng)桿上設(shè)有多個(gè)撥叉，每一撥叉根部的上方設(shè)有與通 氣導(dǎo)管連通的分氣嘴；所述支撐環(huán)套設(shè)在石英玻璃套管上，其外圈設(shè)有撥叉槽，所述撥叉插 入對(duì)應(yīng)的支撐環(huán)上的撥叉槽內(nèi)，支撐環(huán)內(nèi)圈設(shè)有兩道環(huán)形槽，一道為清洗圈槽，清洗圈槽中 鑲嵌有套住石英玻璃套管上的四氟乙烯清洗圈，另一道為噴氣槽，噴氣槽與貫穿支撐環(huán)壁 的噴氣槽氣嘴連接，噴氣槽氣嘴上套有軟管，軟管的另一端與離該支撐環(huán)最近的分氣嘴連 接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述電子鎮(zhèn)流器設(shè) 置在橫跨明渠的跨水渠機(jī)柜內(nèi)的散熱底板上，散熱底板底部與多個(gè)一字排開(kāi)的片狀鋁、銅 散熱體連接，所述散熱體的橫截面為流線形，其底端設(shè)置在水渠中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述光催 化網(wǎng)或光催化球的制作方法包括以下步驟Α.控制溶解溫度40°C 50°C，量取5 7份鈦酸四丁酯液體倒入不銹鋼容器內(nèi)，在恒 速劇烈攪拌的情況下，將25 35份無(wú)水乙醇滴加到鈦酸四丁酯中，同時(shí)加入2 3份檸檬 酸、2 3份乙二醇制成混合溶液；B.快速移取0. 3 0. 7份乙酰丙酮到混合溶液中，在恒速劇烈攪拌的狀態(tài)下，以0. 5滴 /s的速度緩慢加入去離子水1 2份，滴畢后加入0. 002 0. 003份N-?；鵈D3A，繼續(xù) 攪拌3分鐘，然后用超聲波振蕩封1 3小時(shí)，待溶液形成白色透明溶膠，將白色透明溶膠 靜置陳化96小時(shí)，陳化期間需不斷的過(guò)濾析出物，于是得到具有很高的分散性及穩(wěn)定性的二氧化鈦溶膠；C.采用浸漬一提膜的方法將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球放入二氧化鈦溶膠中，溫度控制在 27 30°C，浸漬M小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm / s，濕膜在50 60 ！烘箱中烘15分 鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中于90°C 100°C烘15分 鐘，然后在馬福爐中以2°C / min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)后取出用去離子水清洗， 烘干后即得到光催化網(wǎng)或光催化球。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述光催 化網(wǎng)或光催化球的制作方法包括以下步驟A.取鈦酸四丁酯液體5 6份與異丙醇20 26份稀釋成混合溶液，在恒速劇烈攪拌的情況下，快速移取0. 1份濃鹽酸加入到混合溶液 中，攪拌2分鐘后，加入去離子水1 1. 2份繼續(xù)攪拌30min，得到淺黃色透明凝膠；B.往透明凝膠中加入重量比為30%的P25納米級(jí)二氧化鈦粉得到二氧化鈦前驅(qū)體溶 液，將不銹鋼網(wǎng)或不銹鋼球放入前驅(qū)體溶液中，浸漬5小時(shí)后取出，提拉速度為2 mm / s，濕 膜在80 ！烘箱中烘15分鐘，然后放入溶膠中進(jìn)行第二次浸漬，5分鐘后取出，送入烘箱中 于100°C烘15分鐘，然后在馬福爐中以2°C / min的速度升溫至550°C，保溫3小時(shí)后取出 用去離子水清洗，烘干后即得到光催化網(wǎng)或光催化球。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，其特征是所述維護(hù)吊車包 括電動(dòng)起重葫蘆、起重橫梁和行車，其中行車頂部設(shè)有跨水渠橫梁、起重橫梁吊掛在跨水渠 橫梁下方的軌道上，電動(dòng)起重葫蘆設(shè)置在起重橫梁上，所述明渠兩側(cè)埋設(shè)有工字鋼軌道梁， 行車的車輪擱置在工字鋼軌道梁上。
全文摘要
一種光催化明渠式紫外線消毒設(shè)備，包括明渠，多組紫外線燈管模塊、電子鎮(zhèn)流器模塊、控制系統(tǒng)，所述紫外線燈管模塊懸掛在明渠中，在明渠上設(shè)有維護(hù)吊車，所述任意兩組紫外線燈管模塊之間設(shè)有一組二氧化鈦光催化模塊，所述二氧化鈦光催化模塊包括不銹鋼框架，所述框架上的兩側(cè)面均設(shè)有光催化網(wǎng)，兩層光催化網(wǎng)內(nèi)夾置有光催化球，所述光催化網(wǎng)由不銹鋼網(wǎng)和覆蓋在不銹鋼網(wǎng)上的超細(xì)二氧化鈦涂層構(gòu)成，光催化球由不銹鋼球和覆蓋在不銹鋼球上的超細(xì)二氧化鈦涂層構(gòu)成。本發(fā)明將紫外線殺菌技術(shù)、二氧化鈦光催化滅菌技術(shù)等諸多新技術(shù)應(yīng)用在消毒明渠中，具有節(jié)能效果好、殺菌廣譜、殺菌效率高、工作效率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/32GK102030388SQ201010553690
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者伍冬瑞, 周偉, 宋宗聞, 張廣景, 張杰波 申請(qǐng)人:漢川市潔波凈化有限公司