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一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法

阅读：494发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法，包括原水水箱、蠕动泵，紫外光灯，不锈钢透水衬底，光催化石英管，分析天平，储水罐，电磁阀和工作站，蠕动泵将原水水箱中水样泵入光催化石英管，紫外光灯催化光催化膜，电磁阀导入氮气进入光催化石英管，将水样通过光催化膜压入储水罐，采集光催化膜的跨膜压差和水通量以测试其性能。与现有技术相比，该测试系统及测试方法适用于绝大多数光催化平板膜，可同时采集光催化膜运行过程中水通量、跨膜压差、出水温度等参数指标，并通过后续的出水水质检测评价出光催化膜的抗污性能和光催化能效；能耗较低，在较短的水力停留时间内即可完成污水的净化，产生二次污染风险低。，下面是一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种多功能光催化膜性能测试系统，其特征在于：包括原水水箱(1)、蠕动泵(2)，紫外光灯(3)，不锈钢透水衬底(4)，光催化石英管(5)，分析天平(6)，储水罐(7)，电磁阀(8)和工作站(9)，所述原水水箱(1)管道连接光催化石英管(5)，蠕动泵(2)位于原水水箱(1)与光催化石英管(5)之间的管道上，所述光催化石英管(5)安装在不锈钢透水衬底(4)上，所述紫外光灯(3)设置在光催化石英管(5)上，所述储水罐(7)置于分析天平(6)上，所述电磁阀(8)上具有氮气导入口，所述不锈钢透水衬底(4)、储水罐(7)、电磁阀(8)、光催化石英管(5)依次管道串连，所述工作站(9)通过电路分别连接蠕动泵(2)、不锈钢透水衬底(4)、分析天平(6)以及电磁阀(8)；所述测试系统的测试方法，包括以下步骤：
A.在不锈钢透水衬底(4)上放置光催化膜，开启蠕动泵(2)，将原水水箱(1)内的水样定量泵入光催化石英管(5)，蠕动泵(2)停止工作；
B.开启紫外光灯(3)对光催化膜进行催化反应；
C.开启电磁阀(8)，电磁阀(8)从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀(8)压入光催化石英管(5)，光催化石英管(5)内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐(7)；
D.当光催化石英管(5)内水样全部进入储水罐(7)后，电磁阀(8)停止向光催化石英管(5)压入氮气，紫外光灯(3)关闭；
E.通过工作站(9)在上述过程中采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据；
F.开启电磁阀(8)和紫外光灯(3)，电磁阀(8)抽入氮气至储水罐(7)内，储水罐(7)内部气压升高，水样通过回流管道(10)重新进入光催化石英管(5)，电磁阀(8)关闭；
G.再次开启电磁阀(8)，电磁阀(8)从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀(8)压入光催化石英管(5)，光催化石英管(5)内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐(7)；
H.重复上述步骤F和步骤G，并通过工作站(9)采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据。
2.根据权利要求1所述的一种多功能光催化膜性能测试系统，其特征在于：所述不锈钢透水衬底(4)与储水罐(7)连通管道上设置有回流管道(10)，回流管道(10)的另一端连接在光催化石英管(5)上。
3.根据权利要求2所述的一种多功能光催化膜性能测试系统，其特征在于：所述不锈钢透水衬底(4)与储水罐(7)之间的管道上具有单向阀(11)，单向阀(11)的通水方向为从不锈钢透水衬底(4)至储水罐(7)，所述单向阀(11)位于不锈钢透水衬底(4)与回流管道(10)接口位置之间。
4.根据权利要求1所述的一种多功能光催化膜性能测试系统，其特征在于：所述光催化石英管(5)内设置有搅拌叶片。
5.根据权利要求1所述的一种多功能光催化膜性能测试系统，其特征在于：所述不锈钢透水衬底(4)表面设置有压力传感器。

说明书全文

一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法，属于水环境保护技术领域。

背景技术

[0002] 光催化技术是指在外界光照条件下，光催化剂激发光生电子和空穴，并通过电子和空穴的传导产生自由基，并通过自由基与污染物反应，实现污染物的降解。然而，粉体光催化剂，如TiO2、Ag2O、ZnO等在使用后很难同溶剂分离，其回收利用很困难。近年来，结合光催化技术和膜分离技术的光催化膜已经引起了水处理领域的广泛关注，其可增强光催化剂的稳定性和可控性，进而提高水处理效果和处理工艺的经济性。

[0003] 光催化膜作为光催化技术和膜分离技术的载体，其性能包括了膜的水通量、抗污性、稳定性以及光催化剂的光催化效率，其性能的优劣直接决定其在大规模工业生产中的应用。目前，我国在针对光催化膜性能测试的控制系统的研发仍存在着许多空白。大部分实验室测试阶段，膜的水通量、抗污性、光催化效率在超滤杯或订制的石英管内中进行，试验的连续性和重现性较差，不利于对多种光催化膜进行快速的平行试验。本发明公开了一种基于程序控制的自动化高效膜测试系统，其集膜水通量、抗污性、稳定性以及光催化效率为一体的多功能测试系统在膜的性能测试及其应用领域具有广阔的应用前景。

[0004] 综上所述，针对多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法的发明是十分必要和有意义的。本发明以测试光催化性能为主要目的，量化考察了膜运行过程中水通量、抗污性、膜稳定性、光催化效率等指标变化，并可对膜的性能做出评价，为光催化膜性能的升级提供科学可靠的技术支撑。

发明内容

[0005] 本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法，可实时测量光催化膜的膜通量、抗污性并为其提供光催化的试验平台。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种多功能光催化膜性能测试系统，包括原水水箱、蠕动泵，紫外光灯，不锈钢透水衬底，光催化石英管，分析天平，储水罐，电磁阀和工作站，所述原水水箱管道连接光催化石英管，蠕动泵位于原水水箱与光催化石英管之间的管道上，所述光催化石英管安装在不锈钢透水衬底上，所述紫外光灯设置在光催化石英管上，所述储水罐置于分析天平上，所述电磁阀上具有氮气导入口，所述不锈钢透水衬底、储水罐、电磁阀、光催化石英管依次管道串连，所述工作站通过电路分别连接蠕动泵、不锈钢透水衬底、分析天平以及电磁阀。

[0008] 作为进一步的优选方案，所述不锈钢透水衬底与储水罐连通管道上设置有回流管道，回流管道的另一端连接在光催化石英管上。

[0009] 作为进一步的优选方案，所述不锈钢透水衬底与储水罐之间的管道上具有单向阀，单向阀的通水方向为从不锈钢透水衬底至储水罐，所述单向阀位于不锈钢透水衬底与回流管道接口位置之间。

[0010] 作为进一步的优选方案，所述光催化石英管内设置有搅拌叶片。

[0011] 作为进一步的优选方案，所述不锈钢透水衬底表面设置有压力传感器。

[0012] 一种多功能光催化膜性能测试系统的测试方法，包括以下步骤：

[0013] A. 在不锈钢透水衬底上放置光催化膜，开启蠕动泵，将原水水箱内的水样定量泵入光催化石英管，蠕动泵停止工作；

[0014] B. 开启紫外光灯对光催化膜进行催化反应；

[0015] C. 开启电磁阀，电磁阀从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀压入光催化石英管，光催化石英管内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐；

[0016] D. 当光催化石英管内水样全部进入储水罐后，电磁阀停止向光催化石英管压入氮气，紫外光灯关闭；

[0017] E. 通过工作站在上述过程中采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据；

[0018] F. 开启电磁阀和紫外光灯，电磁阀抽入氮气至储水罐内，储水罐内部气压升高，水样通过回流管道重新进入光催化石英管，电磁阀关闭；

[0019] G. 再次开启电磁阀，电磁阀从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀压入光催化石英管，光催化石英管内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐；

[0020] H. 重复上述步骤F和步骤G，并通过工作站采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据。

[0021] 与现有技术相比，本发明一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法，适用于绝大多数光催化平板膜，可为其提供稳定可靠的光催化试验平台；该测试系统可同时采集光催化膜运行过程中水通量、跨膜压差、出水温度等参数指标，并通过后续的出水水质检测评价出光催化膜的抗污性能和光催化能效；能耗较低，在较短的水力停留时间内即可完成污水的净化，产生二次污染风险低；构造简单，造价较低，工作寿命长。附图说明

[0022] 图1是本发明的结构示意图；

[0023] 其中，1-原水水箱，2-蠕动泵，3-紫外光灯，4-不锈钢透水衬底，5-光催化石英管，6-分析天平，7-储水罐，8-电磁阀，9-工作站，10-回流管道，11-单向阀。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

[0025] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种多功能光催化膜性能测试系统及其测试方法，旨在克服光催化膜性能测试中，重现性和连续性差、测试效率低等问题，从而优化现有膜性能测试的模式，提高测试效率。

[0026] 如图1所示，本发明的一种多功能光催化膜性能测试系统，包括原水水箱1、蠕动泵2，紫外光灯3，不锈钢透水衬底4，光催化石英管5，分析天平6，储水罐7，电磁阀8和工作站9，原水水样装在原水水箱1内，光催化石英管5为管状罩体，罩在不锈钢透水衬底4上并密封处理，分析天平6用于精确测重，工作站9包含数据采集系统和系统控制程序，即工作站9可控制蠕动泵2的进给频率，采集不锈钢透水衬底4上压力传感器的数据，采集分析天平6的数据，控制电磁阀8的开关以及选择管路使用；

[0027] 不锈钢透水衬底4直径为9.0cm，边缘使用橡胶圈密封，衬底凹槽深度为2mm，滤液由中心孔流出

[0028] 光催化石英管5直径为9.5cm，高度为60cm，管壁为石英制成，内部设有搅拌叶片，底部为不锈钢透水衬底，衬底上表面和下表面设有压力传感器，石英管上端由不锈钢螺纹盘密封，分别用直径6mm和8mm的橡胶管进气和进水，，石英管外部设有2支365nm的紫外灯（35W，飞利浦）；

[0029] 分析天平6和储水罐7，分析天平6为上海精科电子天平YP502N，最大量程为500g，精度为0.01g与储水罐7联用，滤液重量换算成对应体积并向数据采集系统反馈，所述储水罐7直径为10cm，容积为700ml，上端由一根直径为8mm的橡皮管连接电磁阀8；

[0030] 电磁阀8（日本SMC）用于调节系统进气的压强，蠕动泵2为原水进入光催化石英管5组件提供动力；

[0031] 工作站9包括数据采集系统和系统控制程序，数据采集系统采集分析天平显示的重量，石英管内膜组件前后的压强，系统控制程序根据各参数的变化控制系统中滤液回流比、水力停留时间。

[0032] 所述原水水箱1管道连接光催化石英管5，蠕动泵2位于原水水箱1与光催化石英管5之间的管道上，所述光催化石英管5安装在不锈钢透水衬底4上，不锈钢透水衬底4上为待测试的光催化膜，不锈钢透水衬底4上具有通孔，所述紫外光灯3设置在光催化石英管5上，所述储水罐7置于分析天平6上，所述电磁阀8上具有氮气导入口，所述不锈钢透水衬底4、储水罐7、电磁阀8、光催化石英管5依次管道串连，所述工作站9通过电路分别连接蠕动泵2、不锈钢透水衬底4、分析天平6以及电磁阀8。

[0033] 所述不锈钢透水衬底4与储水罐7连通管道上设置有回流管道10，回流管道10的另一端连接在光催化石英管5上。

[0034] 所述不锈钢透水衬底4与储水罐7之间的管道上具有单向阀11，单向阀11的通水方向为从不锈钢透水衬底4至储水罐7，所述单向阀11位于不锈钢透水衬底4与回流管道10接口位置之间。

[0035] 一种多功能光催化膜性能测试系统的测试方法，以氮气进气为系统的动力系统，以工作站9预先调试的测试程序调节储水罐7内滤液的回流比和系统回流循环的次数，在相应状态下稳定一段时间，采集膜的跨膜压差、水通量、出水温度的测试参数，并结合滤液中污染物的剩余浓度评价光催化膜的水通量、膜稳定性及光催化性能，将待测光催化膜置于不锈钢透水衬底4上，打开紫外光灯3，利用蠕动泵2将原水水样注入光催化石英管5内，选择测试程序（测试程序主要分为常规试验和回流试验，常规试验水样仅过膜一次，主要测试膜的通量和膜阻，而回流试验是水样在光催化石英管5和储水罐7之间循环回流，间接测定膜的使用寿命，抗污能力，并可通过对试验结束后储液罐内水样的分析，也得出膜的光催化效果，多循环次数取平均值），待试验稳定运行后保存跨膜压差，水通量等数据，取储液罐内水样进行水质分析，并结束测试试验；

[0036] 具体包括以下步骤：

[0037] A. 将待测光催化膜用纯水润湿，贴在不锈钢透水衬底4上端，开启蠕动泵2，将原水水箱1内的水样定量泵入光催化石英管5，蠕动泵2停止工作；

[0038] B. 开启紫外光灯3对光催化膜进行催化反应；

[0039] C. 开启电磁阀8，电磁阀8从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀8压入光催化石英管5，光催化石英管5内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐7；

[0040] D. 当光催化石英管5内水样全部进入储水罐7后，电磁阀8停止向光催化石英管5压入氮气，紫外光灯3关闭；

[0041] E. 通过工作站9在上述过程中采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据，测试试验稳定运行后，膜的跨膜压差、水通量将实时显示在数据采集窗口的界面上，数据可选择不同的时间间隔进行保存；

[0042] 常规试验的选择窗口选定后，原水将以恒压过滤，在此过程中光催化膜的跨膜压差数据将被记录并保存，用于评价光催化膜的膜阻；

[0043] F. 开启电磁阀（8）和紫外光灯3，电磁阀8抽入氮气至储水罐7内，储水罐7内部气压升高，水样通过回流管道10重新进入光催化石英管5，电磁阀8关闭；

[0044] G. 再次开启电磁阀8，电磁阀8从氮气导入口抽入氮气，氮气被电磁阀8压入光催化石英管5，光催化石英管5内压力增加，内部水样透过光催化膜被压入储水罐7；

[0045] H. 重复上述步骤F和步骤G，并通过工作站9采集光催化膜的跨膜压差数据和过膜水通量数据；

[0046] 回流试验的选择窗口选定后，原水将在光催化石英管5和储水罐7内循环运行，主要用于光催化膜光催化效率的测试，此过程中可调节储液罐7内液体的回流比，拟合出该类光催化膜的最佳运行条件；

[0047] 系统控制程序中试验参数编辑窗口可根据试验的实际需要设定试验的循环回流次数，驱动压力，运行时间，搅拌速度，出水体积。

[0048] 以上结合附图对本发明的具体实施操作做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

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