可對污染物光催化降解產物進行實時分離及檢測的裝置的制作方法

本實用新型屬于污水處理和環境保護技術領域，涉及一種可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置。

背景技術：

隨著世界經濟的迅猛發展，工業化、汽車化和城市化等制造的各種污染物，使得環境受到嚴重污染，危害了人類的健康，其中最嚴重是水體污染，大量有毒有害物質流入水體，引起水質下降，毒死水生生物，然而自然降解的自凈能力有限，故光催化降解有毒有害物質是很必要的。近幾十年來，光催化技術因具有反應條件溫和、能耗低、極大的減少了環境污染等突出優點，使得環境得到有效的改善和保護。

開發新型光催化降解儀器是急迫所需。大多數光催化降解儀器裝置用到的燈源是固定某種波長的光源，不可更換。中國實用新型專利CN205011533U公開了一種超聲-光催化聯用反應裝置，該裝置有效降解有機廢水，礦化了大部分有機污染物，且有殺菌消毒的作用，但其燈源不可換且沒有對降解的中間產物實時分離及檢測；中國實用新型專利CN201325911Y公開了在線監測雙膜凈水設備，該設備所用的檢測儀可實時監測水質，凈化的水可直接飲用，但其沒有對降解產物進行實時分離；中國實用新型專利CN203513323U公開了一種可循環降解工業廢水中高濃度有機物的光催化智能裝置，該裝置用到了紫外光降解有機物，用UV在線監測，但其燈源不可換也沒有對降解產物進行實時分離；中國發明專利CN102151534B，雖然有分離系統(冷凝器和回流管)和檢測系統，但是分離系統太過復雜且不易操作，檢測系統只用到了氣相色譜(GC)，檢測不夠完善。綜上說述，利用GC-MS和紫外實時檢測，以及降解產物分離的一體化光催化反應裝置至今還沒有，因此實用新型可實時分離和檢測降解產物且燈源可換的光催化裝置很有必要。本實用新型的分離裝置是柱徑可調、長短可換和種類不同的層析柱。柱層析的原理是利用混合物中各組分在某一物質中的吸附、溶解能力或其它親和作用性能的差異，使混合物的溶液流經這種物質時，進行反復的吸附或者分配等作用，從而將組分分開。柱層析是一種成熟且分離效率很高的分離技術，廣泛的應用于實驗室和工業上。通過對降解產物的實時分離和檢測，可推測污染物的降解機理。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述技術問題，本實用新型的目的在于提供一種可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置，其特征在于：所述可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置包括光催化反應瓶、可更換式光源、曝氣裝置、層析柱以及實時分離和檢測裝置；所述光催化反應瓶的頂部以及底部分別設置有頂部開口以及底部開口；所述光催化反應瓶的瓶身上設置有氣體進口以及氣體出口；所述可更換式光源通過光催化反應瓶的頂部開口插入光催化反應瓶中；所述曝氣裝置通過光催化反應瓶瓶身上的氣體進口與光催化反應瓶內部相貫通；所述光催化反應瓶底部開口通過層析柱與實時分離和檢測裝置相連通。

作為優選，本實用新型所采用的實時分離和檢測裝置是氣體流量含量檢測儀、氣相色譜質譜聯用儀、紫外可見光光度計或其組合。

作為優選，本實用新型所采用的實時分離和檢測裝置是氣體流量含量檢測儀時，所述氣體流量含量檢測儀與光催化反應瓶瓶身上的氣體出口相連通；所述實時分離和檢測裝置是氣相色譜質譜聯用儀和/或紫外可見光光度計時，所述氣相色譜質譜聯用儀和/或紫外可見光光度計與層析柱的底部相連通。

作為優選，本實用新型所采用的氣體流量含量檢測儀包括出氣流量計、氣體流量計以及二氧化碳測量儀，所述二氧化碳測量儀的靈敏度是0.1ppm，所述二氧化碳測量儀的檢測范圍0至10000ppm；所述光催化反應瓶瓶身上的氣體出口通過出氣流量計分別與氣體流量計以及二氧化碳測量儀相連通；所述出氣流量計與氣體流量計之間設置有氣體流量閥門；所述出氣流量計與二氧化碳測量儀之間設置有二氧化碳測量儀閥門。

作為優選，本實用新型所采用的層析柱包括層析柱進口以及層析柱出口；所述層析柱進口上設置有分合接口；所述光催化反應瓶的底部開口通過排泄閥門與分合接口相連；所述層析柱出口設置有底部閥門、漏液閥門以及紫外檢測閥門和/或氣質聯用檢測閥門；所述底部閥門通過紫外檢測閥門與紫外可見光光度計相連；所述底部閥門通過氣質聯用檢測閥門與氣相色譜質譜聯用儀相連；所述底部閥門與漏液閥門相連通。層析柱可一體化使用，也可拆分單獨使用，可換用不同種類(玻璃層析柱、大孔吸附樹脂層析柱和有機玻璃層析柱等)、不同柱徑、不同長度的層析柱，固定相可以為硅膠、氧化鋁等，便于降解物的分離。

作為優選，本實用新型所采用的層析柱內部設置有砂板。

作為優選，本實用新型所采用的曝氣裝置包括通氣泵、進氣流量計、進氣閥門以及進氣管；所述通氣泵通過進氣閥門以及進氣流量計與進氣管相連通；所述進氣管光催化反應瓶瓶身上的氣體進口與光催化反應瓶內部相貫通；處于光催化反應瓶內部的進氣管的端部和/或側壁上開設有曝氣頭。

作為優選，本實用新型所采用的可更換式光源包括第一玻璃管、第二玻璃管、進口、出口、電線燈套以及燈源；所述第一玻璃管套裝在第二玻璃管外部并與第二玻璃管之間設置有空隙；所述第一玻璃管的管壁上開設有進口以及出口，通入的可以是水，也可以是其他溶劑，視情況通入相應的液體；所述燈源置于第二玻璃管內部；所述電線的一端與燈源相連，另一端從第二玻璃管的端部伸出；所述進口通過第一玻璃管與第二玻璃管之間的空隙與出口相貫通。

作為優選，本實用新型所采用的第一玻璃管的管壁上套裝有密封套。

作為優選，本實用新型所采用的燈源是LED燈、汞燈、碘鎢燈、紫外燈或氙燈中的任意一種燈管；所述燈源的強度是可調節的。

與現有技術相比，本實用新型的優點和有益效果如下：

1)本實用新型提供了一種實時分離、檢測污染物光催化降解產物的裝置，可一體化使用，也可單獨使用。可根據實驗需要更換目標污染物種類，進行一種或者多種污染物降解測試，再通入相應的氣體(臭氧、氧氣及空氣等)，可方便的控制反應條件，并能夠實現中間產物的實時分離、檢測。

2)光催化降解的產物碎片可實時分離檢測，氣相碎片(CO₂)用二氧化碳測量儀進行檢測分析，液相碎片用氣相色譜質譜聯用儀和紫外可見分光光度計檢測分析。

3)可通入臭氧，臭氧是一種氧化性極強的氧化劑，具有殺菌、消毒、除色等功能，可協同光催化降解，可以有效的用于污水的處理中；可通入氧氣，氧氣是一種氧化性較強的氧化劑，可以加速氧化有毒有害物質，促進光催化降解；可通入空氣，可使反應條件溫和，可用于柱層析加壓；可通入氮氣，可趕走儀器內其他氣體，也可以作為保護氣。

4)燈源可換，根據條件需求，選擇不同類型的燈源。可選紫外燈、氙燈、碘鎢燈、汞燈和LED燈等，紫外光除了可做光催化降解的光源，同時還具有殺菌消毒作用。

5)層析柱可換玻璃層析柱、大孔吸附樹脂層析柱和有機玻璃層析柱等種類。可一體化使用，也可拆分單獨使用，可換用不同柱徑、不同長度的層析柱，以便于降解物的分離。

本實用新型提出一種實時分離、檢測污染物光催化降解產物的裝置，可實現光源可調、中間產物可分離、反應過程實時檢測的一體化裝置，同時光催化裝置可通入臭氧(氧氣或空氣)參與反應，通入空氣時，可用于柱層析分離加壓。此外，使用的紫外光、臭氧都具有殺菌消毒功能，可用于儀器自清潔。

附圖說明

圖1是本實用新型所提供的可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型所采用的燈源部分的結構示意圖；

附圖標記說明如下：

1-進口；2-密封套；3-燈源；4-電線燈套；5-出口；6-出氣流量計；7-氣體流量閥門；8-二氧化碳測量儀閥門；9-光催化反應瓶；10-排泄閥門；11-曝氣頭；12-進氣流量計；13-進氣閥門；14-分合接口；15-砂板；16-底部閥門；17-紫外檢測閥門；18-漏液閥門；19-氣質聯用檢測閥門；20-氣相色譜質譜聯用儀；21-紫外可見光光度計。

A-通氣泵(臭氧、氧氣或者空氣等)；B-氣體流量計；C-二氧化碳測量儀。

具體實施方式

為了更好的理解本實用新型的上述技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

參見圖1，本實用新型提供了一種可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置，包括光催化反應瓶9、可更換式光源、曝氣裝置以及實時分離和檢測裝置；光催化反應瓶9的頂部以及底部分別設置有頂部開口以及底部開口；光催化反應瓶9的瓶身上設置有氣體進口以及氣體出口；可更換式光源通過光催化反應瓶9的頂部開口插入光催化反應瓶9中；曝氣裝置通過光催化反應瓶9瓶身上的氣體進口與光催化反應瓶9內部相貫通；實時分離和檢測裝置與光催化反應瓶9瓶身上的氣體出口和/或光催化反應瓶9的底部開口通過層析柱相連通。

實時分離和檢測裝置是氣體流量含量檢測儀、氣相色譜質譜聯用儀20、紫外可見光光度計21或其組合。

實時分離和檢測裝置是氣體流量含量檢測儀時，氣體流量含量檢測儀與光催化反應瓶9瓶身上的氣體出口相連通；實時分離和檢測裝置是氣相色譜質譜聯用儀20和/或紫外可見光光度計21時，氣相色譜質譜聯用儀20和/或紫外可見光光度計21與光催化反應瓶9的底部開口通過層析柱相連通。

氣體流量含量檢測儀包括出氣流量計6、氣體流量計以及二氧化碳測量儀；光催化反應瓶9瓶身上的氣體出口通過出氣流量計6分別與氣體流量計以及二氧化碳測量儀相連通；出氣流量計6與氣體流量計之間設置有氣體流量閥門7；出氣流量計6與二氧化碳測量儀之間設置有二氧化碳測量儀閥門8。氣體流量計可測量臭氧或氧氣消耗量；二氧化碳測量儀可檢測礦化物二氧化碳的量，氣體流量計以及二氧化碳測量儀兼有氣孔的功能

可對污染物光催化降解產物進行實時分離和檢測的裝置還包括層析柱；層析柱包括層析柱進口以及層析柱出口；層析柱進口上設置有分合接口14；光催化反應瓶9的底部開口通過排泄閥門10與分合接口14相連；層析柱出口設置有底部閥門16、漏液閥門18以及紫外檢測閥門17和/或氣質聯用檢測閥門19；底部閥門16通過紫外檢測閥門17與紫外可見光光度計21相連；底部閥門16通過氣質聯用檢測閥門19與氣相色譜質譜聯用儀20相連；底部閥門16與漏液閥門18相連通；層析柱內部設置有砂板15。

曝氣裝置包括通氣泵、進氣流量計12、進氣閥門13以及進氣管；通氣泵通過進氣閥門13以及進氣流量計12與進氣管相連通；進氣管光催化反應瓶9瓶身上的氣體進口與光催化反應瓶9內部相貫通；處于光催化反應瓶9內部的進氣管的端部和/或側壁上開設有曝氣頭11。根據實際需要可通臭氧、氧氣或者空氣等，待光催化反應結束后，打開排泄閥門，可將溶液排出。

光催化反應瓶為單層、球形石英玻璃；層析柱部分可一體化使用，也可拆分單獨使用，可換用不同種類、不同柱徑、不同長度的層析柱，便于降解物的分離；光催化器、層析柱和檢測裝置既可組合使用，也可分開使用。

參見圖2，本實用新型所采用的可更換式光源包括第一玻璃管、第二玻璃管、進口1、出口5、電線燈套4以及燈源3；第一玻璃管套裝在第二玻璃管外部并與第二玻璃管之間設置有空隙；第一玻璃管的管壁上開設有進口1以及出口5；燈源3置于第二玻璃管內部；電線燈套4的一端與燈源3相連，另一端從第二玻璃管的端部伸出；進口1通過第一玻璃管與第二玻璃管之間的空隙與出口5相貫通，可以通入冷凝水，也可以是其他溶劑，視情況通入相應的液體。

第一玻璃管的管壁上套裝有密封套2；燈源3是LED燈、汞燈、碘鎢燈、紫外燈或氙燈中的任意一種燈管；燈源3的強度是可調節的。

本實用新型的工作過程是：光催化降解的產物進入層析柱進行物質分離，檢測系統與層析柱裝置可連接在一起，紫外可見分光光度檢測系統與紫外檢測閥門17相連，反應的溶液通過紫外檢測閥門17(打開排泄閥門10以及底部閥門16，關閉漏液閥門18和氣質聯用檢測閥門19)進入樣品池，燈源通過單色器并通過樣品池，經過檢測器將信號傳輸到紫外分光光度計處理器，并由計算機模擬處理顯示；氣相色譜質譜聯用儀與氣質聯用檢測閥門19相連，反應溶液通過氣質聯用檢測閥門19(打開排泄閥門10以及底部閥門16，關閉紫外檢測閥門17和漏液閥門18)進入氣相色譜質譜聯用儀20，經過一系列處理后，氣相色譜單元和質譜單元將信號傳給計算機系統處理器，然后顯示數據，具體而言，本實用新型的具體使用方式是：

1)確定燈源3(紫外燈、碘鎢燈、氙燈或者LED燈等)，并安裝好；

2)關閉排泄閥門10，取出可更換式光源，然后倒入污染物及催化劑，并安裝好；

3)通入循環冷凝水，冷凝水由進口1進入，從出口5排出；

4)打開氣體流量閥門7和二氧化碳測量儀閥門8，B-氣體流量計、C-二氧化碳濃度測量儀根據需要，隨時進行檢測；

5)打開進氣閥門13，由通氣泵A通入需要的氣體(臭氧、氧氣或者空氣等)

6)反應一段時間后，關閉底部閥門16，打開排泄閥門10，將降解的產物進行柱層析分離；提前安裝好所需要的層析柱，包括種類、柱徑和長短。根據需要選擇濕法裝柱，干法裝柱，先在圓柱管中先填充不溶性基質(硅膠、氧化鋁等)，形成一個固定相。將樣品加到柱子上，用特殊溶劑洗脫，溶劑組成流動相。在樣品從柱子上洗脫下來的過程中，根據樣品混合物中各組分在固定相和流動相中分配系數不同，經多次反復分配將組分分離。

7)測定溶液紫外可見分光光度：打開紫外檢測閥門17(打開排泄閥門10以及底部閥門16，關閉漏液閥門18和氣質聯用檢測閥門19)溶液進入樣品池，燈源通過單色器并通過樣品池，經過檢測器將信號傳輸到紫外分光光度計處理器，并由計算機模擬處理顯示，通過電腦顯示器記錄溶液的紫外吸收值；

8)氣相色譜質譜聯用儀的測定：反應溶液通過氣質聯用檢測閥門19(打開泄閥閥門10以及底部閥門16，關閉紫外檢測閥門17和漏液閥門18)進入氣相色譜質譜聯用儀，經過一系列處理后，氣相色譜單元和質譜單元將信號傳給計算機系統處理器，然后顯示數據；

9)層析柱物質分離結束后，關閉冷凝水；關閉紫外檢測閥門17和氣質聯用檢測閥門19，打開泄閥閥門10、底部閥門16以及漏液閥門18，將溶液從排出；

10)儀器的清潔：取出可更換式光源，將自來水從反應瓶瓶口倒入，打開閥門10、底部閥門16以及漏液閥門18，從上往下清洗。

下面將結合具體實施例對本實用新型所提供的裝置進行詳細的說明：

實施例1降解物液相碎片實時分離及紫外可見光光度計檢測

1)選用普通玻璃層析柱直徑為40mm，有效長度為203mm，并提前安裝好，確定燈源為氙燈，換用氙燈管，并通入冷凝水；

2)關閉泄閥閥門10，將p25(100mg)和100mL濃度為1×10^-5mol/L的羅丹明B混合后，加入到光催化反應裝置里；

3)打開泵A，并通入空氣，出氣口處做好相應的檢測；

4)打開燈源電流旋鈕，調節電流，使電流穩定在9A；

5)光反應一段時間后，關閉底部閥門16，打開排泄閥門10，取樣，用薄層層析法(TLC)找到相應的展開劑，固定相為200～300目硅膠，配置好溶劑，將降解的產物進行柱層析分離，然后進行紫外檢測；

6)打開排泄閥門10、底部閥門16，關閉漏液閥門18和氣質聯用檢測閥門19，每間隔30分鐘，打開紫外檢測閥門17，使溶液進入并充滿樣品池，打開紫外可見光光度計21的開關，記錄并保存電腦顯示數據，直到反應結束；

7)反應結束后，關閉冷凝水，關閉紫外檢測閥門17，打開泄閥閥門10、底部閥門16和漏液閥門18，將溶液從排出。

實施例2降解物液相碎片實時分離及氣相色譜質譜聯用儀檢測

1)選用有機玻璃層析柱直徑為46mm，有效長度為203mm，并提前安裝好，確定燈源為氙燈，換用氙燈管，并通入冷凝水；

2)關閉泄閥閥門10，將鈷卟啉類催化劑(100mg)和100mL濃度為1×10^-4mol/L的對硝基苯胺混合后，加入到光催化反應裝置里；

3)打開泵A，并通入空氣，出氣口處做好相應的檢測；

4)打開燈源電流旋鈕，調節電流，使電流穩定在8A；

5)光反應一段時間后，關閉底部閥門16，打開排泄閥門10，取樣，用薄層層析法(TLC)找到相應的展開劑，固定相為200～300目氧化鋁，配置好溶劑，將降解的產物進行層析柱分離然后進行氣相色譜質譜檢測；

6)打開泄閥閥門10、底部閥門16，關閉紫外檢測閥門17和漏液閥門18，反應溶液通過氣質聯用檢測閥門19進入樣品采集，經過一系列處理后，氣相色譜單元和質譜單元將信號傳給計算機系統處理器，然后顯示數據；

7)反應結束后，關閉冷凝水，關閉氣質聯用檢測閥門19，打開泄閥閥門10、底部閥門16和漏液閥門18，將溶液從排出。

實施例3降解物氣相碎片檢測

1)選用普通玻璃層析柱直徑為40mm，有效長度為254mm，并提前安裝好，將燈源確定為紫外燈，換用紫外燈管，調節一定強度，并通入冷凝水；

2)關閉泄閥閥門10，將p25(100mg)和100mL濃度為1×10^-5mol/L的甲醛混合后，加入到光催化反應裝置里；

3)關閉進氣閥門13、紫外檢測閥門7，觀察出氣流量計6，打開二氧化碳測量儀閥門8，由二氧化碳測量儀C可實時監測(其靈敏度為0.1ppm，檢測范圍0至10000ppm)，因而可以算出礦化率；

4)反應結束后，對反應裝置進行凈化及消毒(將燈源確定為紫外燈，并調節電流為8A；將一定體積自來水倒入反應裝置；通入臭氧；反應1～2小時，對反應裝置進行凈化及消毒)。

實施例4臭氧消耗量檢測

1)選用普通層析柱直徑為46mm，有效長度為254mm，并提前安裝好，將燈源確定為紫外燈，換用紫外燈管，調節一定強度，并通入冷凝水；

2)關閉泄閥閥門10，將p25(100mg)和100mL濃度為1×10^-5mol/L的二甲苯混合后，加入到光催化反應裝置里；

3)打開進氣閥門13、由泵A通入臭氧，觀察記錄進氣流量計12，出氣流量計6，關閉二氧化碳測量儀閥門8，打開紫外檢測閥門7，分別記錄氣體流量計B以及進氣流量計12的差值可知道臭氧消耗量；

4)反應結束后，對反應裝置進行凈化及消毒(將燈源確定為紫外燈，并調節電流為8A；將一定體積自來水倒入反應裝置；通入臭氧；反應1～2小時，對反應裝置進行凈化及消毒)。