一种光催化降解废水中抗生素的装置

1.本实用新型属于废水处理技术领域，具体涉及一种光催化降解废水中抗生素的装置。


背景技术：

2.畜禽养殖业是国民经济的重要支柱，但随着畜禽养殖业的快速发展，畜禽养殖废水的排放量也不断增加，产生水体污染，对环境和人类健康造成了严重的影响。其中，畜禽养殖废水中含有大量的抗生素，这些抗生素不仅会对环境造成污染，还可能影响人类健康。因此，迫切寻求一种高效、环保的降解方法。
3.光催化降解技术是一种不消耗化学试剂、无二次污染、高效降解有机污染物的技术，在降解畜禽养殖废水中的抗生素方面有着广泛的应用前景。本装置通过利用光能，在光催化剂的作用下，将畜禽养殖废水中的抗生素分解成无害的物质，实现抗生素的降解。
4.石墨氮化碳(g-c3n4)是一种带隙为2.7ev(460nm)的聚合物可见光活性光催化剂，因其制备简便、成本低、环境友好、具有良好的稳定性和良好的物理化学性能而成为化学、物理和工程领域的重要材料，具有广泛的应用前景。为了提高g-c3n4的一些性质，如光化学稳定性，电带结构，降低电荷重组率，并实现有效的光收集，可以引入g-c3n
4-金属氧化物基异质结，如铁氧化物中的水铁矿。不仅可以改善g-c3n4结构的光催化性能，而且还可以广泛用于各种介质中污染物的去除。
5.传统光催化降解装置使用的光催化剂往往不具有良好的光催化活性，导致光催化效率低，且需要使用大量的电能，因此其运行成本很高。另外传统光催化降解装置的光照系统的光照和光强单一，无法及时更换不同光源，催化剂与待处理废水接触不充分，降解后直接全部排出废水，无法及时检测降解过程中各个时间段光催化剂对废水中抗生素的降解效果，还有部分传统装置存在结构复杂但运行不稳定等问题。


技术实现要素：

6.本实用新型所为了克服现有技术存在的问题，提供了一种光催化降解废水中抗生素的装置。
7.本实用新型是采用如下技术方案实现的：
8.一种光催化降解废水中抗生素的装置，包括一个底座，底座上设置有磁力搅拌器，磁力搅拌器上放置有一个矩形的不透光材质制成的反应箱，反应箱底部内侧嵌套设置有一个矩形槽结构的降解槽，降解槽由一个沿前后方向竖直设置的玻璃板分隔成位于左侧的一级降解池和位于右侧的二级降解池，一级降解池内有沿前后方向竖直设置的过滤片将一级降解池分成相互独立的左右两部分，二级降解池内有多个竖直设置的光催化剂板，一级降解池的前侧壁位于过滤片右侧的部位开有一个经过反应箱连通向外部的能够打开和关闭的排污口，玻璃板上有一个连通一级降解池和二级降解池的排放口，反应箱顶部沿左右方向设置有多个能够独立控制点亮和熄灭的灯管，灯管下方有一个水平方向设置的滤光片设
置在反应箱中，反应箱的左侧壁上位于一级降解池上方有一个伸入反应箱内腔并通向一级降解池的进料管，反应箱的右侧壁底部有一个连通二级降解池并伸向反应箱外部的出料管，出料管的后段靠近出料管的出口处有竖直向上开设的出料管插口，竖直向上开设的出料管插口配有能够插入和拔出的出料管插片，出料管下方放置有降解产物收集器，反应箱的前侧壁顶端位于灯管上方的部位固定有一个能够掀开的用于盖合反应箱顶端开口的遮光布，每个灯管的电线均连接到一个多插口电源上。
9.进一步的技术方案包括：
10.反应箱的前侧壁的顶部和后侧壁的顶部对称设置有两个沿左右方向的弹性材质制成的灯管槽，灯管的两端分别插入两个灯管槽中，使灯管能够沿左右方向调整位置并根据实际需要增加或减少灯管的数量，灯管槽的两端插接有灯管槽塞。
11.玻璃板与降解槽右侧壁的距离为玻璃板与降解槽左侧壁的距离的二倍，使二级降解池的宽度为一级降解池的宽度的二倍。
12.进料管为矩形管状，进料管的底壁紧贴降解槽左侧壁的顶端，以防止从进料管进入的废水飞溅，进料管沿前后方向的宽度为降解槽沿前后方向的长度的四分之一。
13.在水平方向上，排放管位于玻璃板的正中央，在竖直方向上，排放管距离降解槽地测内壁的距离与排放管距离降解槽顶部开口的距离的比值为3比1。
14.出料管与反应箱的右侧壁和降解槽的右侧壁之间设置有橡胶材质的降解槽出料管连接套以提高密封性。
15.降解产物收集器内设置有筛网。
16.反应箱的一个侧壁开有一个竖直的矩形的观察窗，观察窗的高度大于降解槽的高度，用于观察降解槽内的液位高度。
17.反应箱的左侧壁的顶端和右侧壁的顶端对称设置有两个拉杆。
18.灯管有四个，从左至右依次为一号灯管、二号灯管、三号灯管和四号灯管，其中一号灯管和二号灯管为氙灯灯管，三号灯管和四号灯管为紫外灯管。与现有技术相比本实用新型的有益效果是：
19.本实用新型提供的一种光催化降解废水中抗生素的装置，光照系统可调节性好，光源由多个灯管组成(可根据实际情况选择使用led灯管、氙灯管、紫外灯管等)，每个灯管独立连接电源，可单独控制开关。灯管槽内灯管可任意滑动，使降解槽内得到的光照均匀，灯管可拆除和添加，便于随时调整同种光源的光照强度、光照时间和不同光照。
20.滤光片的加入，使观察光的光催化性能更理想，以氙灯为例，氙灯可模拟太阳光，其辐射光谱能量分布与日光相接近，连续光谱部分的光谱分布几乎与灯输入功率变化无关，光谱稳定性好，各个波长的光的占比不会随时间变化，且灯的光、电参数一致性好，输出功率稳定，操作方便，可随时开关。滤光片可以过滤某一波长以上的光或者某一波长以下的光，例如氙灯加上400nm的滤光片，滤掉紫外光，观察可见光的光催化性能。
21.方便检测降解过程中和降解后的废水，二级降解池有光催化剂板，使养殖废水与石墨氮化碳基水铁矿催化剂材料充分接触，出料管末端有竖直向上开设的出料管插口，并配有能够插入和拔出的出料管插片，控制出料管插片，确保适当的接触时间和光催化剂表面积，保证光催化剂与养殖废水充分进行光催化降解反应，还可根据实验安排分若干次将出料管插片向上拉至完全拔出，可在光催化降解过程中多次收集废水，来检测光催化降解
过程中不同时间的光催化降解效果。
22.催化剂是整个装置的关键组成部分，它的作用是利用光能激活催化剂表面的电子，使它们脱颗粒并发生化学反应以降解抗生素。在实际操作中，可选用的石墨氮化碳水铁矿复合材料是一种理想的光催化剂，其结构优秀，光响应性和光热稳定性良好，表面活性强，具有良好的光吸收能力和高效的光催化活性。
23.降解槽是养殖废水中抗生素降解的主要场所，是装置中抗生素降解的关键部位。一级降解池内有过滤片，养殖废水需经过过滤片才到达二级降解池，过滤片可以去除废水中的固体颗粒和其他杂质，从而保护光催化降解装置的稳定运行和延长催化剂的使用寿命。此外，过滤片还可以减少一级降解池中废水的浑浊度和悬浮物含量，防止废水中的杂质包裹住光催化剂，从而提高光照透过率和降解效率。二级降解池内均匀放置石墨氮化碳基水铁矿光催化剂板，保证光催化剂与养殖废水充分接触。
24.本装置具有结构简单、操作简便、运行稳定、降解效率高等优点，是一种理想的畜禽养殖废水抗生素降解装置。
附图说明
25.下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：
26.图1为本实用新型提供的一种光催化降解废水中抗生素的装置的主视透视结构示意图。
27.图2为本实用新型的后视结构示意图，图中包含电源；
28.图3为本实用新型中的降解槽内部的俯视图。
29.图中：1.电源，2.遮光布，3.灯管槽塞，4.拉杆，5.灯管槽，6.一号灯管，7.二号灯管，8.三号灯管，9.四号灯管，10.滤光片，11.进料管，12.出料管，13.降解槽出料管连接套，14.出料管插口，15.出料管插片，16.过滤片，17.玻璃板，18.一级降解池，19.二级降解池，20.排放管，21.光催化剂板，22.磁力搅拌器，23.底座，24.降解产物收集器，25.观察窗，26.筛网，27.反应箱，28.一级降解池排污口。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型作详细的描述：
31.参照图1—图3所示，图1为本实用新型的主视透视结构示意图；图2为本实用新型实物后视示意图；图3为本实用新型装置内降解槽的俯视示意图。
32.本实用新型提供了一种用石墨氮化碳基水铁矿复合材料光催化降解养殖废水中抗生素的装置，
33.如图1所示，包括一个底座23，底座23上设置有磁力搅拌器22，磁力搅拌器22上放置有一个矩形的不透光材质制成的反应箱27，反应箱27底部内侧嵌套设置有一个矩形槽结构的降解槽，降解槽由一个沿前后方向竖直设置的玻璃板17分隔成位于左侧的一级降解池18和位于右侧的二级降解池19，玻璃板17与降解槽右侧壁的距离为玻璃板17与降解槽左侧壁的距离的二倍，使二级降解池19的宽度为一级降解池18的宽度的二倍。
34.如图1和图3所示，一级降解池18内有沿前后方向竖直设置的过滤片16将一级降解池分成相互独立的左右两部分，二级降解池19内有多个竖直设置的光催化剂板21，本实施
例中，二级降解池19内沿前后方向间隔设置有两组光催化剂板21，每组光催化剂板沿左右方向间隔均匀设置有三个光催化剂板21，光催化剂板21沿水平方向倾斜设置。
35.如图1和图2所示，一级降解池18的前侧壁位于过滤片16右侧的部位开有一个经过反应箱27连通向外部的能够打开和关闭的一级降解池排污口28，如图1和图3所示，玻璃板17上有一个连通一级降解池18和二级降解池19的排放口20，在水平方向上，排放管20位于玻璃板17的正中央，在竖直方向上，排放管20距离降解槽底侧内壁的距离与排放管20距离降解槽顶部开口的距离的比值为3比1。
36.如图1和图2所示，反应箱27顶部沿左右方向设置有多个能够独立控制点亮和熄灭的灯管，因为光催化降解过程前要先进行避光吸附，需要关闭灯管，随后逐渐打开，便于观察光源梯度增加下的降解效果，反应箱27的前侧壁的顶部和后侧壁的顶部对称设置有两个沿左右方向的弹性材质制成的灯管槽5，灯管的两端分别插入两个灯管槽5中，使灯管能够沿左右方向调整位置并根据实际需要增加或减少灯管的数量，以满足进行光催化降解实验中研究不同光照下或同一光照不同光强下光催化剂降解效率的要求，灯管槽5的两端插接有灯管槽塞3。
37.如图1和图2所示，本实施例中，灯管有四个，从左至右依次为一号灯管6、二号灯管7、三号灯管8和四号灯管9，其中一号灯管6和二号灯管7为氙灯灯管，三号灯管8和四号灯管9为紫外灯管。
38.如图1所示，灯管下方有一个水平方向设置的滤光片10设置在反应箱27中，实际使用过程中，滤光片10可以采用常用的400nm滤光片，与氙灯搭配能够滤掉紫外光，如图1和图3所以，反应箱27的左侧壁上位于一级降解池18上方有一个伸入反应箱27内腔并通向一级降解池的进料管11，本实施例中，进料管11为矩形管状，进料管11的底壁紧贴降解槽左侧壁的顶端，以防止从进料管11进入的废水飞溅，进料管11沿前后方向的宽度为降解槽沿前后方向的长度的四分之一。
39.如图1和图2所示，反应箱27的右侧壁底部有一个连通二级降解池19并伸向反应箱27外部的出料管12，如图1所示，出料管12与反应箱27的右侧壁和降解槽的右侧壁之间设置有橡胶材质的降解槽出料管连接套13以提高密封性。如图1和图2所示，出料管12的后段靠近出料管12的出口处有竖直向上开设的出料管插口14，出料管插口14配有能够插入和拔出的出料管插片15，出料管12下方放置有一个降解产物收集器24，本实施例中，降解产物收集器24为顶部开口的圆柱筒状结构，降解产物收集器24内设置有圆形的筛网26位于降解产物收集器24的上部。
40.如图1和图2所示，反应箱27的前侧壁顶端位于灯管上方的部位固定有一个能够掀开的用于盖合反应箱27顶端开口的遮光布2，每个灯管的电线均连接到一个多插口电源1上。
41.如图1所示，本实施例中，反应箱27的一个侧壁开有一个竖直的矩形的观察窗25，观察窗25的高度大于降解槽的高度，用于观察降解槽内的液位高度。
42.如图1和图2所示，本实施例中，反应箱27的左侧壁的顶端和右侧壁的顶端对称设置有两个拉杆4，用于双手拉起移动反应箱27。
43.使用本实用新型所述的用石墨氮化碳基水铁矿复合材料光催化降解养殖废水中抗生素的装置进行实验的过程如下：
44.首先，手提拉杆4将反应箱27放置于底座23上的磁力搅拌器22上，再将出料管插片15插在出料管12上的出料管插口14处，保证二者严密贴合，将出料管12和降解槽以及反应箱27通过出料管连接套13连接，保证二者严密贴合，将筛网26放入降解产物收集器24中，将降解产物收集器24放置于出料管12下方，关闭一级降解池排污口28，向降解槽内放入预先制备的石墨氮化碳基水铁矿复合光催化剂，将催化剂粉末均匀放置于一级降解池18底部，和二级降解池19底部，二级降解池19内置六块石墨氮化碳基水铁矿复合形成的光催化剂板21，将滤光片10放置于降解池上方、灯管下方的反应箱内并固定，拆下四个灯管槽塞3，将灯管安置在两侧灯管槽5内，再安上灯管槽塞3，调整灯管的位置，使其均匀排列于降解槽上方，保证一级降解池18和二级降解池19内的光催化剂和废水得到均匀光照，将预备的畜禽养殖废水从进料管11缓慢倒入已放有石墨氮化碳基水铁矿光催化剂的一级降解池18，通过观察窗25观察降解池内的水位，水位高度达到降解池高度的三分之二为宜，随后，盖上遮光布2，将灯管分别接上电源1，打开反应箱下方的磁力搅拌器22，避光条件下，磁力搅拌半小时，使之达到吸附平衡，如果材料没那么快平衡，可多避光搅拌一段时间，为测量具体达到吸附平衡的时间，避光下每隔一段时间取一次样，测浓度，直到浓度不再变化，(大部分材料五六分钟即达到吸附平衡)。吸附平衡后，打开电源1，使其全部开始工作。
45.按照计划的光照时间和磁力搅拌器22的速度开始进行对畜禽养殖废水中抗生素的光催化降解，降解到预计时间后，出料管插口14处向上拔出部分出料管插片15，使降解后的部分废水从出料管12经过筛网26流入降解产物收集器24中，此时取一部分降解产物收集器24中的废水进行抗生素检测，降解到第二个预计时间后，重复上述操作，更换降解产物收集器24，出料管插口和14向上处拔出部分出料管插片15，使降解后的部分废水从出料管12经过筛网26流入第二个降解产物收集器24中，此时取一部分降解产物收集器24中的废水进行抗生素检测，降解到第三个预计时间后(以取三次不同光催化降解时间的样品为例)向上完全拔出出料管插片15，使降解后的部分废水从出料管12经过筛网26流入第三个降解产物收集器24中，此时取一部分降解产物收集器24中的废水进行抗生素检测(尽可能保证从降解开始到降解结束，至少五个点，便于作图)。光催化降解完毕，打开一级降解池排污口28排进剩余少量污水，之后可做降解动力学图和后续表征。