本發(fā)明涉及綠色化工生產(chǎn)領(lǐng)域、自來(lái)水凈化領(lǐng)域以及空氣凈化領(lǐng)域，具體涉及一種簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備。

背景技術(shù)：

工業(yè)廢水中的污染物成分種類復(fù)雜、毒性大且氣味重，如果未經(jīng)處理排入湖水、河流或下水系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)生活用自來(lái)水系統(tǒng)造成嚴(yán)重的污染。據(jù)調(diào)查，我國(guó)已有約50％的水源被污染。國(guó)內(nèi)98％的自來(lái)水公司依然采用傳統(tǒng)的凈水工藝，一般對(duì)自來(lái)水進(jìn)行沉淀、消毒、過(guò)濾處理，可以有效的祛除自來(lái)水中的沉淀物和有害微生物，然而工業(yè)廢水中具有毒性且氣味重的有機(jī)物質(zhì)和重金屬粒子，依靠傳統(tǒng)凈水工藝對(duì)這些污染物不能達(dá)到很好的處理效果，當(dāng)人們飲用自來(lái)水時(shí)污染物會(huì)在人體內(nèi)累積，對(duì)人們的身體健康造成危害，甚至致癌。鑒于中國(guó)水污染亟需處理的問(wèn)題，些許研發(fā)團(tuán)隊(duì)和公司已提出了對(duì)有機(jī)物和重金屬粒子進(jìn)行處理的方法：有的工廠直接采用臭氧或過(guò)氧水處理廢水以消除有機(jī)污染物，但這種方法對(duì)臭氧或過(guò)氧水的需求極大，原料成本非常高，且處理效率較低，目前只有很少的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)自來(lái)水進(jìn)行該種氧化處理；有的工廠通過(guò)微生物對(duì)水質(zhì)進(jìn)行處理以消除有機(jī)物，該種方法由于微生物易培養(yǎng)相比前者成本較低，但適用范圍很小，不同的微生物對(duì)水質(zhì)的ph、溫度、物質(zhì)成分有很大的要求，苛刻的環(huán)境要求和對(duì)高毒性有機(jī)物降解低效限制了微生物降解的普遍使用。另外，每年冬天，霧霾席卷中國(guó)，pm2.5顆粒中的污染氣體對(duì)人們的危害已不亞于污水對(duì)人們的危害，然而市面上的室內(nèi)空氣凈化器幾乎都沒(méi)有考慮室內(nèi)室外的空氣交換，經(jīng)常使室內(nèi)氧含量下降。

目前，我國(guó)極力主張使用可再生能源，而太陽(yáng)為地球提供的能量幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的，同時(shí)光催化降解領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)研究已取得了些許突破性的進(jìn)展，但直接使用光催化技術(shù)，光生空穴和光生電子會(huì)快速?gòu)?fù)合，降解效率低，而為光催化劑半導(dǎo)體加偏壓電流可以有效抑制光生載流子復(fù)合，因此開(kāi)發(fā)一種將太陽(yáng)能與光電催化技術(shù)結(jié)合且應(yīng)用于廢水凈化或空氣凈化領(lǐng)域的簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備，包括：箱體，所述箱體左右兩端設(shè)有開(kāi)口，所述箱體由有機(jī)玻璃制成，所述箱體的內(nèi)部從上而下設(shè)有若干個(gè)電極層，每個(gè)所述電極層從上而下依次包括光催化劑半導(dǎo)體涂層、有機(jī)玻璃基底、鉑絲電極和光照燈，所述箱體的兩端開(kāi)口處設(shè)有連接管，所述連接管由有機(jī)玻璃制成，所述連接管為圓筒形，所述連接管的外側(cè)面設(shè)有太陽(yáng)能電池板和蓄電池板，所述箱體的上箱壁內(nèi)側(cè)由外而內(nèi)也設(shè)有鉑絲電極和光照燈，所述箱體的下箱壁內(nèi)側(cè)設(shè)有光催化劑半導(dǎo)體涂層，所述光催化劑半導(dǎo)體涂層、鉑絲電極和光照燈均與蓄電池板通過(guò)導(dǎo)線連接。

較佳地，所述箱體內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)線盒。

較佳地，所述箱體和連接管之間以流線型結(jié)構(gòu)相接。

較佳地，所述光催化劑半導(dǎo)體涂層的材料為透明可見(jiàn)光催化材料。

較佳地，所述光照燈為氙燈。

較佳地，所述連接管的外端設(shè)有法蘭。

較佳地，所述連接管內(nèi)設(shè)有換氣扇

較佳地，所述太陽(yáng)能電池板位于所述連接管的外側(cè)面的上半部分，所述蓄電池板位于所述連接管的外側(cè)面的下半部分。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備具有以下有益效果：

(1)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由管道和箱體兩部分組成；使用安裝方便，且不占額外的空間；

(2)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備成本極低，幾乎一勞永逸。由于光催化半導(dǎo)體的空穴和電子都產(chǎn)生于自身內(nèi)部，其自身并不會(huì)發(fā)生損耗，本質(zhì)上氧化所需的能量都是由太陽(yáng)能和電能提供，而該設(shè)備所需的電能也是由太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)能后提供，因此該設(shè)備唯一的消耗品是太陽(yáng)能。

(3)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備對(duì)有機(jī)物的降解效率高。由于光催化半導(dǎo)體涂層可以在溶液中形成強(qiáng)氧性的羥基自由基(·oh)、超氧離子自由基(·o^2-)和空穴可以有效地將有機(jī)物、有毒氣體降解，并將部分毒性重金屬粒子氧化。光生電子具有還原性，可以還原部分重金屬粒子，進(jìn)而再沉積回收。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備的正視圖；

圖2為本發(fā)明的簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備的左視圖；

圖3為本發(fā)明的電極層的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1.箱體，1-1.連接管，2.電極層，2-1.光催化劑半導(dǎo)體涂層，2-2.有機(jī)玻璃基底，2-3.鉑絲電極，2-4.光照燈，3.太陽(yáng)能電池板，4.蓄電池板，5.換氣扇。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-3，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備，如圖1所示，包括箱體1，所述箱體1左右兩端設(shè)有開(kāi)口，所述箱體1由有機(jī)玻璃制成，其透明度高，可透過(guò)92％以上的太陽(yáng)光，并且力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性良好，可以適用于酸堿以及強(qiáng)氧化環(huán)境。所述箱體1的內(nèi)部從上而下設(shè)有若干個(gè)電極層2，如圖3所示，每個(gè)所述電極層2從上而下依次包括光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1、有機(jī)玻璃基底2-2、鉑絲電極2-3和光照燈2-4，所述箱體1的兩端開(kāi)口處設(shè)有連接管1-1，所述連接管1-1由有機(jī)玻璃制成，所述連接管1-1為圓筒形，所述連接管1-1的外側(cè)面設(shè)有太陽(yáng)能電池板3和蓄電池板4，其中的太陽(yáng)能電池板3用以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)而為光電催化的進(jìn)行和光照燈的工作提供電流偏壓和能量；由于太陽(yáng)能電池板3對(duì)電能的存儲(chǔ)效果不太理想，所以需要用蓄電池板4儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池板3轉(zhuǎn)換的電能，在整個(gè)光催化電路中充當(dāng)?shù)蛪弘娫?。將太?yáng)能電池板3和蓄電池板4套于該設(shè)備的連接管1-1部分，既不會(huì)阻擋該設(shè)備箱體1部分所需的太陽(yáng)能，又充分利用了連接管1-1部分的空間。所述箱體1的上箱壁內(nèi)側(cè)由外而內(nèi)也設(shè)有鉑絲電極2-3和光照燈2-4，所述箱體1的下箱壁內(nèi)側(cè)設(shè)有光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1，所述光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1、鉑絲電極2-3和光照燈2-4均與蓄電池板4通過(guò)導(dǎo)線連接。

進(jìn)一步地，所述箱體1內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)線盒，導(dǎo)線盒中的導(dǎo)線輸入端與蓄電池板4相接，輸出端分別與光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1、鉑絲電極2-3、光照燈2-4相接?？蛇x地，與光照燈2-4相接的導(dǎo)線中間連有光感開(kāi)關(guān)，當(dāng)白天太陽(yáng)光充足時(shí)，光照燈2-4停止不必要的工作，而晚上沒(méi)有太陽(yáng)光時(shí)，光感開(kāi)關(guān)閉合，光照燈2-4開(kāi)始工作，進(jìn)而光催化半導(dǎo)體涂層2-1在光照燈2-4和電流的作用下繼續(xù)工作，使該設(shè)備不會(huì)因?yàn)楣庹詹蛔愣Ｖ构ぷ?，更適合于污水凈化及空氣凈化領(lǐng)域。

進(jìn)一步地，所述箱體1和連接管1-1之間以流線型結(jié)構(gòu)相接，可以有效地減慢管道中廢液或空氣的流速，使待處理流體可以較長(zhǎng)時(shí)間的在箱體1內(nèi)流動(dòng)，充分被氧化還原，并且減少了由于流體流速下降引起的對(duì)箱體1的沖擊，提高該設(shè)備的工作壽命。

進(jìn)一步地，所述光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1的材料為透明可見(jiàn)光催化材料。

進(jìn)一步地，所述光照燈2-4為氙燈，可以在夜間很好的模擬太陽(yáng)光，并且所需的直流電壓低，可以很好的應(yīng)用于該設(shè)備。

進(jìn)一步地，所述連接管1-1的外端設(shè)有法蘭，通過(guò)法蘭和排污管道或自來(lái)水管道連接，從而用于污水處理。法蘭的安裝能夠保證廢液或自來(lái)水在該設(shè)備中的密封性，相比其它密封方式，法蘭密封成本低，密封效果達(dá)標(biāo)，且應(yīng)用方便，既可裝于排污管道的中間，又可裝于排污管道的一端，即裝即用。

進(jìn)一步地，如圖2所示，所述連接管1-1內(nèi)設(shè)有換氣扇5，這樣便可以用于空氣凈化，由換氣扇5交換室內(nèi)外空氣，即可保證室內(nèi)空氣氧氣充足，又可保證進(jìn)入室內(nèi)氣體的質(zhì)量。

進(jìn)一步地，所述太陽(yáng)能電池板3位于所述連接管1-1的外側(cè)面的上半部分，所述蓄電池板4位于所述連接管1-1的外側(cè)面的下半部分。最大程度地布置太陽(yáng)能電池板3，合理地布置蓄電池板4，有利于能量的吸收、轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存，確保設(shè)備用電。

有機(jī)玻璃基底2-2的上表面涂有光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1，下表面鑲嵌有鉑絲電極2-3和光照燈2-4。上面一層電極層2上的鉑絲電極2-3和下面一層電極層2上的光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1分別充當(dāng)光催化反應(yīng)的陰極和陽(yáng)極。光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1的材料選用透明的可見(jiàn)光催化材料，透明的半導(dǎo)體材料會(huì)使太陽(yáng)光照射于箱體1的底部，使整個(gè)箱體1進(jìn)行光催化氧化反應(yīng)，可以大大提高該設(shè)備對(duì)有機(jī)污染物、有毒氣體和重金屬粒子的氧化還原率；而可見(jiàn)光占太陽(yáng)能總發(fā)射量的50％，紫外光只占7％，充分利用太陽(yáng)可見(jiàn)光能即可利用太陽(yáng)50％的能量，因此選用了可見(jiàn)光催化材料，符合條件的透明可見(jiàn)光催化材料有bivo4、ta3n5等。鉑絲電極2-3的可見(jiàn)光透光性好且有良好的導(dǎo)電性和一定的催化活性，可以與光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1共同工作促進(jìn)光催化氧化的進(jìn)行。與單獨(dú)使用光催化半導(dǎo)體相比，將光催化半導(dǎo)體與鉑絲電極結(jié)合使用，為兩者通以低壓電流，使兩者之間形成電流偏壓，后者可以明顯地抑制光生空穴與光生電子的快速?gòu)?fù)合，大大提高催化氧化的效率。

本發(fā)明工作原理：太陽(yáng)光照射該設(shè)備連接管1-1部分的太陽(yáng)能電池板3，太陽(yáng)能電池板3將光能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而電能通過(guò)導(dǎo)線傳遞到蓄電池板4儲(chǔ)存起來(lái)，蓄電池板4充當(dāng)?shù)蛪弘娫礊橄潴w1部分提供低壓電流。光照燈2-4照射于該設(shè)備箱體1部分時(shí)，光催化半導(dǎo)體涂層2-1在光能的激發(fā)下，將引起光催化半導(dǎo)體涂層材料內(nèi)部的價(jià)帶和導(dǎo)帶電荷分離，光催化劑半導(dǎo)體的價(jià)帶生成空穴，光激發(fā)的電子位于導(dǎo)帶。進(jìn)一步為光催化劑半導(dǎo)體涂層2-1和鉑絲電極2-3通電形成偏壓，空穴與光生電子之間的復(fù)合明顯減慢，可以有效提高光催化效率。價(jià)帶的空穴將吸附在催化劑表面的oh^-和水氧化為羥基自由基(·oh)，而污水中的溶解氧和空氣中的氧氣俘獲電子會(huì)形成超氧離子自由基(·o^2-)，光電催化形成的這兩張基團(tuán)和空穴都帶有強(qiáng)氧化性，可將有機(jī)物、有毒氣體和部分重金屬粒子氧化分解；另外，光生電子具有較強(qiáng)的還原性，可以還原部分有毒重金屬粒子，但發(fā)生還原反應(yīng)的前提是導(dǎo)帶電子的能量小于m⁺/m轉(zhuǎn)化的能量，該設(shè)備通過(guò)光電催化氧化還原反應(yīng)最終可實(shí)現(xiàn)污水以及空氣的凈化。

本發(fā)明的設(shè)備的催化氧化反應(yīng)可以降解大多數(shù)有機(jī)物，如：農(nóng)藥、含油廢水、表面活性劑、染料等。其中，廢液ph值不在3附近或有機(jī)物含c-h鍵時(shí)，有機(jī)物的降解主要受光催化氧化生成的·oh自由基影響，·oh自由基可以將有機(jī)物的c-h鍵去氫，使c-h鍵斷裂，將有機(jī)物氧化為co2和h2o，例如：鹵代芳香烴、二羥基苯乙醇等；廢液ph值約為3或有機(jī)物中不含c-h鍵時(shí)催化氧化的進(jìn)程主要由空穴直接影響，例如三氯乙酸、乙二酸和苯二酚等；部分有機(jī)物同時(shí)受·oh自由基和空穴的氧化影響，如：4-羥基苯乙醇。

本發(fā)明的設(shè)備的催化氧化還原反應(yīng)可以處理多數(shù)毒性金屬粒子，通過(guò)氧化反應(yīng)祛除金屬離子，例如：pb²⁺、mn²⁺、ti⁺等；通過(guò)還原反應(yīng)祛除毒性重金屬粒子，例如：強(qiáng)毒性的cr⁶⁺還原為無(wú)毒的cr³⁺，hg²⁺可以還原為單質(zhì)汞再沉積回收等。

本發(fā)明的設(shè)備的催化氧化還原反應(yīng)可以處理多數(shù)有毒性氣體，對(duì)大氣中的含碳化合物、甲苯、甲醛、氮氧化合物都有很好的分解效果。

本發(fā)明提供的簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備具有以下有益效果：

(1)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由管道和箱體兩部分組成；使用安裝方便，且不占額外的空間；

(2)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備成本極低，幾乎一勞永逸。由于光催化半導(dǎo)體的空穴和電子都產(chǎn)生于自身內(nèi)部，其自身并不會(huì)發(fā)生損耗，本質(zhì)上氧化所需的能量都是由太陽(yáng)能和電能提供，而該設(shè)備所需的電能也是由太陽(yáng)能電池板吸收太陽(yáng)能后提供，因此該設(shè)備唯一的消耗品是太陽(yáng)能。

(3)該簡(jiǎn)易光電催化降解設(shè)備對(duì)有機(jī)物的降解效率高。由于光催化半導(dǎo)體涂層可以在溶液中形成強(qiáng)氧性的羥基自由基(·oh)、超氧離子自由基(·o^2-)和空穴可以有效地將有機(jī)物、有毒氣體降解，并將部分毒性重金屬粒子氧化。光生電子具有還原性，可以還原部分重金屬粒子，進(jìn)而再沉積回收。

以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本發(fā)明實(shí)施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。