本發(fā)明涉及一種光介質(zhì)的制備、活化及污水處理方法，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種量子碳素光介質(zhì)的制備、活化及污水處理方法。

背景技術(shù)：

廢水中所含的重金屬對環(huán)境和人體健康危害大、持續(xù)時(shí)間長。大量未經(jīng)處理的廢棄物向土壤系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，并在自然因素的作用下匯集、殘留于土壤環(huán)境中。土壤污染主要以重金屬污染為主，其中鎘、汞、鉛、砷污染最為突出，廢水中含有的鉻(Cr)、砷(As)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等重金屬離子具有難降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特點(diǎn)，微量即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)，危害極大。

污染水的傳統(tǒng)處理方法有：化學(xué)沉淀、離子交換、吸附、膜分離、氧化還原、電解及萃取等，但這些方法往往受水溫、pH值、水質(zhì)等因素的影響較大，對某些可溶物質(zhì)去除率低，而且存在二次污染。對于土壤有機(jī)物和重金屬治理修復(fù)已有較多的技術(shù)，包括常用的有物理化學(xué)方法、植物修復(fù)法、微生物修復(fù)法、土壤洗淋回填法等的技術(shù)。目前，土壤的修復(fù)工程中，比較普及應(yīng)用的方法是將土壤中的污染物通過洗淋回收到洗淋水中，處理后的土壤回填，洗淋后的污染水再進(jìn)行水處理。

將磁分離技術(shù)應(yīng)用在廢水處理，尤其是超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)處理重金屬廢水有其獨(dú)特的優(yōu)勢。對于廢水中弱磁性及無磁性污染物，可以通過各種特性的磁性介質(zhì)的吸著方法，快速地磁分離處理。由于磁分離處理系統(tǒng)低成本、小空間、高效率和高速處理等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來新興的科研方向。實(shí)現(xiàn)重金屬污水磁分離包含兩方面工作，一是超導(dǎo)磁體，二是磁種。超導(dǎo)磁體裝備已是非常成熟的技術(shù)，可以方便地從商業(yè)產(chǎn)品中得到。磁分離關(guān)鍵問題是如何制備高品質(zhì)的磁種以及磁分離的具體工藝。

光催化氧化法是目前研究較多的一項(xiàng)高級氧化技術(shù)，是一種環(huán)境友好型綠色水處理技術(shù),它能夠徹底氧化降解污水中的有機(jī)污染物。結(jié)合一定量的光輻射，光敏介質(zhì)材料在光的照射下表面受激勵(lì)而產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+)。這些電子和空穴具有很強(qiáng)的還原和氧化能力，能與水或容存的氧反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧根自由基(·OH)和超級陰氧離子(·O)。這些氧化性極強(qiáng)的自由基，幾乎能將所有構(gòu)成有機(jī)物分子的化學(xué)鍵切斷分解，達(dá)到無害化處理。但目前光催化氧化方法的催化劑利用率和回收率低,有待通過提高催化劑效率，采用光生電子和空穴復(fù)合,以及其他處理技術(shù)來共同提高反應(yīng)效率等方面問題。

超導(dǎo)高梯度磁分離技術(shù)以獨(dú)特分離原理和諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為最有發(fā)展前途的新型污水處理技術(shù)之一。隨著技術(shù)理論和設(shè)備不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域日益增加，在工業(yè)廢水、生活污水、污染河水及湖水以及在處理污泥和廢水中的弱磁及無磁性污染物方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，利用磁性功能的吸附材料，已經(jīng)得到眾多的研究和小規(guī)模應(yīng)用。同樣光催化氧化方法也具有極為優(yōu)秀的特點(diǎn)。但這兩項(xiàng)技術(shù)仍沒有得到應(yīng)有的普及和大規(guī)?；こ虘?yīng)用的案例，其原因在于缺乏高效、經(jīng)濟(jì)、合理的技術(shù)配備等問題，尤其是設(shè)備磁分離方法和功能性的磁性吸附材料是否能夠很好地匹配，關(guān)系到磁分離技術(shù)的特征能否充分地發(fā)揮出來。光催化氧化是光反應(yīng)介質(zhì)在特定波長光源的照射下才能產(chǎn)生催化作用，能否開發(fā)出光反應(yīng)介質(zhì)在更寬域的光譜作用下發(fā)生催化反應(yīng)，也是當(dāng)今該領(lǐng)域重要的課題之一。

針對這些問題，本發(fā)明人在長期系統(tǒng)開發(fā)和基礎(chǔ)材料研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新的量子碳素磁光介質(zhì)作為光反應(yīng)材料，并在此基礎(chǔ)上，對污水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，提高了污水中有機(jī)物的分解效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的污水金屬污染處理效能低下的技術(shù)問題，提供了一種量子碳素光介質(zhì)的制備、活化及污水處理方法。該方法提供的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)有多種光反應(yīng)物質(zhì)，光反應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)活性氧化物質(zhì)，如OH-、O2、H等強(qiáng)氧化劑，幾乎對所有的有機(jī)物或有些無機(jī)物進(jìn)行比較徹底地氧化分解，產(chǎn)生出無危害的物質(zhì)H2O、CO2等，能夠顯著提高有機(jī)物的分解效率。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，包括：

(1)將量子碳素液、TiO₂、高純水以及適量N(CH₃)₄OH·5H₂O攪拌混合并加熱制備為漿液，其中，量子碳素液和TiO₂的比值為:100ml：200g；將漿液放入烘箱中干燥固化得到Rh-C/TiO₂產(chǎn)物；

(2)將Rh-C/TiO₂產(chǎn)物、干燥沸石粉以及含有Pt金屬重量1％的H₃PtC₁₆·5.3H₂O混合制備出漿液；

(3)將步驟(2)中的漿液干燥固化煅燒得到Rh-Pt-C-M/TiO₂復(fù)合型光催化氧化體，冷卻后研磨至200目到300目之間的產(chǎn)物即為光反應(yīng)介質(zhì)。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，所述TiO₂為氣相法納米二氧化鈦TiO₂P25，平均粒徑的為25nm的銳鈦礦和晶紅石混合相的二氧化鈦。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，所述步驟(1)攪拌過程中每次緩慢加入適量Rh(NO₃)₃，保持60℃，攪拌1小時(shí)。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，所述步驟(2)攪拌過程中每次向燒瓶中緩慢加入適量H₃PtC₁₆·5.3H₂O，攪拌1小時(shí),靜置6小時(shí)。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，所述步驟(1)中將漿液放入80～120℃烘箱中干燥固化8～16小時(shí)，得到Rh-C/TiO₂產(chǎn)物。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的制備方法，所述量子碳素液的ORP為280mv-500mv、電導(dǎo)率σ為1-10ms/cm、電動(dòng)勢為280mv-380mv、pH值為1.2-3.2、濃度為0.1％-0.45％，溶質(zhì)是粒徑為0.6nm-10nm的氧化石墨烯片，石墨烯粒子表層的氧含量為35％-54％。

一種量子碳素光介質(zhì)的活化方法，包括：

(1)將回收的光反應(yīng)介質(zhì)和去離子水按1:3的比例置于超聲波容器中進(jìn)行處理；

(2)濾出水再加新的同量的去離子水繼續(xù)攪拌超聲處理1小時(shí)；

(3)重復(fù)(1)和(2)的方法三次后濾干，100℃烘箱干燥；

(4)將干燥的介質(zhì)置于380℃無氧氣氛的馬弗爐中，煅燒4小時(shí)；

(5)冷卻后研磨篩分至200目到300目之間的產(chǎn)物。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的活化方法，所述步驟(1)在超聲波容器中邊攪拌邊用25KHz頻率的超聲波進(jìn)行處理1小時(shí)。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的活化方法，包括：向待處理污水中加入光反應(yīng)介質(zhì)并混合后進(jìn)行溶氧發(fā)生反應(yīng)，利用紫外光對溶氧發(fā)生反應(yīng)后的液體進(jìn)行照射處理后再將光反應(yīng)介質(zhì)從液體中沉淀回收。

優(yōu)化的，上述的一種量子碳素光介質(zhì)的活化方法，包括：利用權(quán)利要求7所述的方法對分離出的量子碳素光介質(zhì)進(jìn)行活化的步驟。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1.本發(fā)明提供的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)有多種光反應(yīng)物質(zhì)，光反應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)活性氧化物質(zhì)，如OH-、O2、H等強(qiáng)氧化劑，幾乎對所有的有機(jī)物或有些無機(jī)物進(jìn)行比較徹底地氧化分解，產(chǎn)生出無危害的物質(zhì)H2O、CO2等。

2.本發(fā)明利用沉淀池回收量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)，并對回收的光反應(yīng)介質(zhì)進(jìn)行活化后再利用，降低了成本。

附圖說明

圖1是污水處理流程示意圖；

圖2-1是污水處理裝置系統(tǒng)的重金屬處理部分示意圖；

圖2-2是污水處理裝置系統(tǒng)的有機(jī)物處理部分示意圖；

圖3是磁分離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-1是超導(dǎo)磁體外形主視圖；

圖4-2是超導(dǎo)磁體外形俯視圖；

圖5是磁種回收再利用系統(tǒng)；

圖6-1是三維順磁金屬鏈網(wǎng)主視圖；

圖6-2是三維順磁金屬鏈網(wǎng)側(cè)視圖；

圖7是磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)的空吹喇叭口示意圖；

圖8-1是磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)空吹喇叭口詳細(xì)圖；

圖8-2是圖8-1的底部視圖；

圖8-3是圖8-1的左視圖；

圖9是溶氧微泡發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-1是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片A1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-2是圖10-1的側(cè)視示意圖；

圖10-3是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片B1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-4是圖10-3的側(cè)視示意圖；

圖10-5是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片A2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-6是圖10-5的側(cè)視示意圖；

圖10-7是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片B2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-8是圖10-7的側(cè)視示意圖；

圖10-9是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片C的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-10是圖10-9的側(cè)視示意圖；

圖10-11是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片D的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-12是圖10-11的側(cè)視示意圖；

圖10-13是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片A1和B1疊加的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-14是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片A2和B2疊加的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10-15是溶氧微泡發(fā)生器的金屬片A和B疊加的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是溶氧微泡發(fā)生器各金屬片組合后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是微泡尺寸與密度示意圖；

圖13是微泡離子形態(tài)；

圖14是光反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是金屬纖維燒結(jié)氈過濾器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是電鍍有機(jī)油墨廠廢水處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；

圖17-1是某印刷電路板工廠廢水處理效果示意圖1。

圖17-2是某印刷電路板工廠廢水處理效果示意圖2。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

圖中，污水收集罐1、制冷機(jī)控制柜2、混合罐3、攪拌系統(tǒng)4、系統(tǒng)控制柜5、超導(dǎo)體6、冷凍機(jī)6-1、磁場區(qū)域6-2、磁場中心6-3、超導(dǎo)本體6-4、電流端子6-5、冷媒進(jìn)口6-6、冷媒出口6-7、真空排氣口6-8、溫度監(jiān)測6-9、磁分離罐體7、溢流口7-1、磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8、主動(dòng)輪8-1、從動(dòng)輪8-2、張緊輪8-3，吸氣口8-4、吹氣口8-5、三維順磁金屬鏈網(wǎng)8-6、氣道8-7、固定板8-8、喇叭口8-9、磁性介質(zhì)收集系統(tǒng)9、第一旋風(fēng)固氣分離器9-1、第二旋風(fēng)固氣分離器9-2、風(fēng)管9-3、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)投放口10-1、溶氧微泡發(fā)生器11、定位螺栓11-1、溶氧微泡發(fā)生器殼體11-2、光反應(yīng)器12、光源端蓋12-1、出口12-2、金屬外筒12-3、反光層12-4、光源12-5、入口12-6、一級沉淀池13、二級沉淀池14、凈水過濾器15、凈水出口15-1、凈水裝置殼體15-2、過濾體15-3、進(jìn)水泵P1、污水泵P2、空壓泵P3、光反應(yīng)壓力泵P4、回收泵P5、排水泵P6、一級返回閥F1、一級取樣閥F2、進(jìn)水閥F3、回收閥F4、光反應(yīng)進(jìn)口閥F5、光反應(yīng)出口閥F6、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)回收閥F7、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)二級回收閥F8、反沖清洗閥F9、反沖截止閥F10、二級返回閥F11、排放閥F12、二級取樣閥F13、壓力反沖表V1、負(fù)壓表V2、

一、污水處理工藝及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1是本實(shí)施例的污水處理工藝，該工藝所使用的污水凈化系統(tǒng)包括依次聯(lián)通的污水收集罐、混合罐、超導(dǎo)磁分離系統(tǒng)、光催化反應(yīng)設(shè)備，其中還包括超導(dǎo)磁性介質(zhì)回收再利用的磁介質(zhì)循環(huán)裝置和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)循環(huán)裝置。

本實(shí)施例的污水凈化系統(tǒng)是由重金屬處理和有機(jī)物處理兩個(gè)部分組成并用的系統(tǒng)，是將污水中的重金屬和有機(jī)污染物分別進(jìn)行處理的方法。尤其是兩種聯(lián)合處理的方法中，本發(fā)明提供的磁性吸附介質(zhì)和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)配合污水凈化系統(tǒng)，特殊且有效地分離和分解水中的重金屬、有機(jī)污染物。

本發(fā)明所述的污水凈化系統(tǒng)，所用的超導(dǎo)磁分離機(jī)構(gòu)包括超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體可以拆卸、更換為低溫超導(dǎo)磁體或高溫超導(dǎo)磁體，超導(dǎo)磁體向超導(dǎo)分離裝置內(nèi)部提供預(yù)定高梯度磁場。在磁場中設(shè)置有金屬順磁鏈網(wǎng)提取機(jī)構(gòu)，順磁鏈網(wǎng)在高梯度磁場中被磁化，吸附水中的磁性物質(zhì)。被吸的磁性物質(zhì)，通過金屬順磁鏈網(wǎng)提升到空壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行分離，從而達(dá)到磁分離的效果。所述磁性物質(zhì)是由本發(fā)明提供的量子碳素磁性介質(zhì)。

本發(fā)明所述的污水凈化系統(tǒng)，所用的光反應(yīng)處理機(jī)構(gòu)包括1組或多組光反應(yīng)器，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)以特定的尺寸和比重參與光反應(yīng)器的反應(yīng)。通過自然沉淀方法進(jìn)行固液分離，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)通過循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)使用。所述量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)由本發(fā)明的制備的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)。水經(jīng)磁分離和光反應(yīng)處理后，再通過高精度的金屬纖維燒結(jié)氈過濾體過濾而得到達(dá)標(biāo)清潔水。

圖2-1和圖2-2是本實(shí)施例污水處理系統(tǒng)的一個(gè)可選的具體實(shí)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖2-1中的A1口連接圖2-2中的A2口。

其中，重金屬處理部分如圖2-1所示，具體包括：污水收集罐1，污水收集罐1的底部通過污水泵P2與混合罐3相連；混合罐3設(shè)置有用于攪拌缺罐體內(nèi)部的攪拌裝置4，混合罐3的底部通過進(jìn)水泵P1與磁分離罐體7相連；磁分離罐體7上設(shè)置有磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8，該磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8與磁性介質(zhì)收集系統(tǒng)9相連；磁性介質(zhì)收集系統(tǒng)9的回收口與混合罐3相通；磁性介質(zhì)收集系統(tǒng)9包括兩個(gè)與空壓泵P3相連的兩個(gè)相對設(shè)置的空吹喇叭口，兩個(gè)氣嘴相對設(shè)置于三維順磁金屬鏈網(wǎng)8-6的兩側(cè)，其中一個(gè)氣嘴用于產(chǎn)生正壓，另一個(gè)產(chǎn)生負(fù)壓；從而將磁性介質(zhì)從三維順磁金屬鏈網(wǎng)8-6上提走。磁分離罐體7位于超導(dǎo)體6的磁場范圍內(nèi)，該超導(dǎo)體6連接制冷機(jī)2和系統(tǒng)控制柜5相連。

圖2-2是有機(jī)物處理部分，具體包括：與磁分離罐體7上方溢流口相連的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10的底部通過光反應(yīng)壓力泵P4與溶氧微泡發(fā)生器11相連；溶氧微泡發(fā)生器11依次與光反應(yīng)器12、一級沉淀池13、二級沉淀池14、凈水過濾器15相連。

其中，一級沉淀池13、二級沉淀池14的底部通過回收泵P5和回收閥F4與量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10相連。

本實(shí)施例在與磁分離罐體7上方溢流口相連的管道上設(shè)置有取樣檢測口。該管道通過一級返回閥F1與污水收集罐1相連，通過一級取樣閥F2與取樣檢測口相連，通過進(jìn)水閥F3與量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10相連，

下面具體說明本實(shí)施例的污水處理流程。本實(shí)施例中，針對重金屬處理和有機(jī)物處理分別采用了相對應(yīng)的離子處理步驟和有機(jī)物分解步驟，下面分別進(jìn)行介紹。

其中，離子處理步驟，具體包括以下子步驟：

步驟1、污水進(jìn)入污水收集罐1后，通過污水泵P2定量進(jìn)入混合罐3，混合罐3的上方設(shè)有磁性介質(zhì)投放口，由第一旋風(fēng)固氣分離器9-1下方投放口根據(jù)濃度要求定量的提供量子碳素磁性介質(zhì)，并在攪拌系統(tǒng)4的攪拌下進(jìn)行充分混合。

步驟2、由進(jìn)水泵P1將混合均勻的液體通過管道直接輸送到磁分離罐體7。

步驟3、磁分離罐體7連接超導(dǎo)磁體6，超導(dǎo)磁體6向磁分離罐體7內(nèi)部提供0.5T-5T強(qiáng)度的磁場。磁分離罐體7根據(jù)入口來的混合液的流體性質(zhì)和磁場性質(zhì)設(shè)計(jì)出的導(dǎo)流面板，該導(dǎo)流板可以是在混合液入口下方設(shè)置的45°平板，磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8中的金屬鏈網(wǎng)下半段置于磁分離罐體7內(nèi)液體中，混合液經(jīng)導(dǎo)流面板流向的走向首先經(jīng)過磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8中的金屬鏈網(wǎng)，混合液的磁性物質(zhì)在強(qiáng)磁場的吸附下全部吸到如圖6-1所示的三維順磁金屬鏈網(wǎng)上，并輸送到磁性介質(zhì)回收再利用系統(tǒng)循環(huán)再利用。混合液中的非磁性大顆粒物質(zhì)沉淀到7磁分離罐體下部，并定期的排除沉淀物(排泥)，混合液磁分離后的清潔物體通過磁分離罐上方的溢流口連續(xù)溢流排出。超導(dǎo)體與制冷控制柜2相連接。保持強(qiáng)磁場的控制。系統(tǒng)控制柜5對系統(tǒng)進(jìn)行控制。

本實(shí)施中，有機(jī)物分解步驟具體包括以下子步驟：

步驟1，磁分離后的水經(jīng)過經(jīng)過磁分離罐體7的溢流口流出，經(jīng)閥F2在取樣檢測口1處取樣檢測重金屬各項(xiàng)指標(biāo)，未達(dá)標(biāo)水體將經(jīng)過閥F1重新返回污水收集罐1進(jìn)行再處理。取樣檢測達(dá)標(biāo)后閥F1、F2關(guān)閉，打開F3進(jìn)入光反應(yīng)系統(tǒng)。

步驟2，將水體經(jīng)過閥F3進(jìn)入量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10上方有量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)投放口，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)投放口根據(jù)濃度要求定量的投放量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)，在混合罐中充分混合后，混合液經(jīng)泵P4給予一定的動(dòng)力壓強(qiáng)，通過溶氧微泡發(fā)生器11，進(jìn)行充分的溶氧發(fā)生反應(yīng)之后，經(jīng)過閥F5進(jìn)入光反應(yīng)器12，光反應(yīng)器12是由至少一組或多組組成，光反應(yīng)器反應(yīng)后的混合液經(jīng)閥F6進(jìn)入一級沉淀池13。

步驟3，一級沉淀池13進(jìn)行沉淀式固液分離，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)沉淀到一級沉淀池13的底部，分離的水溢流到二級沉淀池14，沉淀的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在底部成為液漿狀態(tài)，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)漿料經(jīng)閥F7和泵P5以及閥F4重新返回到量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10進(jìn)行混合的循環(huán)再利用。

步驟4，二級混合罐將水中的殘留量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)繼續(xù)沉淀分離，底部的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)漿料經(jīng)閥F8和泵P5以及閥F4重新返回到量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10進(jìn)行混合的循環(huán)再利用。二級混合罐上清液經(jīng)由凈水過濾器15、閥F10、壓力表V1以及泵P6得到清潔的水，水經(jīng)過閥F13在取樣檢測口2取樣檢測，達(dá)標(biāo)的水經(jīng)過閥F13直排，未達(dá)標(biāo)的水經(jīng)過閥F11及泵P5、閥F4重新返回量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10重新處理。

二、磁分離及磁介質(zhì)回收

如圖3所示，磁分離系統(tǒng)是由超導(dǎo)磁體6、磁分離罐體7、磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8、吸附機(jī)構(gòu)組成，超導(dǎo)磁體6可以是高溫超導(dǎo)磁體，也可以是低溫超導(dǎo)磁體。

磁分離罐體7包括磁分離罐體，磁分離罐體上設(shè)置有進(jìn)液口、溢流口、排泥口，其中，溢流口優(yōu)選設(shè)置于磁分離罐體頂部位置。

進(jìn)液口和溢流口7-1分別位于所述金屬鏈網(wǎng)的兩側(cè)，并且，所述磁分離罐體7上設(shè)置進(jìn)液口的一側(cè)設(shè)置有分級向內(nèi)縮進(jìn)的結(jié)構(gòu)，每級的外壁相互平行，每級之間設(shè)置有傾斜45度的的變徑段。

待處理液體從進(jìn)液口進(jìn)入到磁分離罐體內(nèi)部后進(jìn)行處理，處理完的液底從溢流口排出，液體中的沉淀雜志從底部的排泥口排出。在磁分離罐體內(nèi)部設(shè)置有金屬鏈網(wǎng)，該金屬鏈網(wǎng)的一端與磁分離罐體內(nèi)部的從動(dòng)輪絞接，另一端延伸與磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)并與8內(nèi)部的滾筒絞接，磁分離罐體中部設(shè)置有若干個(gè)與金屬鏈網(wǎng)相接的緊張輪。

在磁分離罐體位于超導(dǎo)磁體6提供的磁場區(qū)域內(nèi)，超導(dǎo)磁體外形如圖4-1、圖4-2所示。具體包括：超導(dǎo)本體，超導(dǎo)本體內(nèi)部設(shè)置有真空排氣口和電流端子，冷媒進(jìn)口，冷媒出口。超導(dǎo)磁體的外形尺寸是根據(jù)磁分離系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)，超導(dǎo)磁體可以是高溫超導(dǎo)磁體，也可以是低溫超導(dǎo)磁體。中心磁場強(qiáng)度為2T-5T，冷凍機(jī)冷媒為液氦或液氮。作為舉例，選用低溫超導(dǎo)磁體，冷媒為液氦，電流端子向超導(dǎo)本體內(nèi)輸送電流114A，溫度監(jiān)測控制是4K，真空排氣為10-6hPa，磁場中心為2T，為磁分離系統(tǒng)提供高梯度磁場。

磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8與磁介質(zhì)循環(huán)裝置如圖5所示。該磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8內(nèi)部設(shè)置有主動(dòng)輪，金屬鏈網(wǎng)的一端鉸接于該主動(dòng)輪上。磁介質(zhì)提取機(jī)構(gòu)8上有兩個(gè)相對設(shè)置的空吹喇叭口，金屬鏈網(wǎng)位于兩個(gè)空吹喇叭口之間，其中一個(gè)空吹喇叭口與空氣泵P3的正壓端相連，另一端依次連接若干個(gè)固氣分離器并與空氣泵P3的負(fù)載壓相通。本實(shí)施例中，優(yōu)選連接兩個(gè)旋風(fēng)固氣分離器。

采用上述結(jié)構(gòu)后，空吹喇叭口與由空氣泵P3提供循環(huán)空壓動(dòng)力，正壓空氣通過風(fēng)管送到空吹喇叭口，對三維順磁金屬鏈網(wǎng)上吸附的磁性物質(zhì)進(jìn)行空吹脫離，同時(shí)空氣泵P3的另一端管道產(chǎn)生負(fù)壓，對三維順磁金屬鏈網(wǎng)上的磁性物質(zhì)進(jìn)行負(fù)壓吸收。

旋風(fēng)固氣分離器進(jìn)行兩次固氣分離來達(dá)到回收磁性物質(zhì)的目的。其中，旋風(fēng)固氣分離器收集到的量子碳素磁性介質(zhì)可以根據(jù)系統(tǒng)要求定量地向混合罐3提供磁性介質(zhì)。作為舉例，優(yōu)選空氣泵P選用風(fēng)量為8.0m³/min、靜壓為16KPa、功率為88KW的空氣泵，但不限于本例，作為風(fēng)管產(chǎn)生靜壓可以在10KPa-30KPa的范圍。

本實(shí)施例中的金屬鏈網(wǎng)如圖6-1、圖6-2所示。該金屬鏈網(wǎng)是由順磁金屬制備的具有三維空間的金屬網(wǎng)，即“三維順磁金屬鏈網(wǎng)”。其包括：多個(gè)橫軸，相鄰橫軸的端部通過鏈環(huán)連接，橫軸上設(shè)置有鏈網(wǎng)面，該鏈網(wǎng)面由鏈絲呈波浪形在三維空間中纏繞而成。使用時(shí)，該三維空間的金屬網(wǎng)在高梯度磁場中被磁化，將混合液中的磁性物質(zhì)吸附到金屬鏈網(wǎng)的三維空間中，鏈網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)攜帶磁性物質(zhì)一同運(yùn)輸?shù)酱沤橘|(zhì)提取機(jī)構(gòu)8。原則上，所有順磁金屬都可以利用，金屬鏈網(wǎng)的三維幾何空間也可以多種結(jié)構(gòu)形態(tài)。作為舉例，優(yōu)選順磁材料為SUS316，三維空間網(wǎng)為的SUS316鋼絲纏繞的螺旋管，螺管徑15mm，螺距為6mm，管與管之間由鋼絲銜接。

本實(shí)施例的空吹喇叭口如圖7所示。其由一對幾何尺寸相同并相對的喇叭吹氣口和吸氣口組成，吹氣口中間有相應(yīng)寬度的三維順磁金屬鏈網(wǎng)，吹氣口和吸氣口的靜壓相等，但吹氣口是正壓，吸氣口是負(fù)壓，形成對三維順磁金屬鏈網(wǎng)上磁性物質(zhì)的吸收和脫離功能。吹氣口、三維順磁金屬鏈網(wǎng)、吸氣口之間的幾何尺寸和方位可以適宜的任意調(diào)整。作為舉例，吹氣口和吸氣口之間的距離為30mm，三維順磁金屬鏈網(wǎng)置于正中間。

圖8-1至圖8-3是本實(shí)施例喇叭口詳細(xì)圖。主要包括：氣管、喇叭口、固定板。吹氣和吸氣的喇叭口的幾何尺寸相同且可以適宜的調(diào)整。作為舉例，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)最優(yōu)選擇是空氣靜壓在16KPa時(shí)，吹氣和吸氣的喇叭口的幾何尺寸最佳為7mm×600mm，材質(zhì)為SUS304。

三、有機(jī)物分解及量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)回收

有機(jī)物分解部分主要包括量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐、溶氧微泡發(fā)生器、光反應(yīng)器等部分。其中，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐主要用于污水和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)的混合。下面對主要部件進(jìn)行介紹。

1、溶氧微泡發(fā)生器

經(jīng)過磁分離后的液體從磁分離罐體7的溢流口流出后進(jìn)入量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)混合罐10，然后經(jīng)光反應(yīng)壓力泵P4進(jìn)入溶氧微泡發(fā)生器11。

溶氧微泡發(fā)生器11如圖9所示，分為兩部分，分別是微泡腔和多徑腔。

其中，微泡腔內(nèi)設(shè)置有多個(gè)溶氧反應(yīng)單元，每個(gè)溶氧反應(yīng)單元包括多塊通孔金屬片。

金屬片的形狀如圖10-1至圖10-15所示。圖中，A1片和B1片是六邊形均勻排列的通孔金屬片，六邊形通孔尺寸相同，在A1片和B1片上的排列不同，當(dāng)A1片和B1片重合時(shí)，A1片上的每一個(gè)六邊形通孔的圓心是B1片上三個(gè)相鄰六邊形通孔的最近外相交點(diǎn)，圖中，A1-B1為重合后示意圖。

A2片和B2片是圓形均勻排列的通孔金屬片，圓形通孔尺寸相同，在A2片和B2片上的排列不同，當(dāng)A2片和B2片重合時(shí)，A2片上的每一個(gè)圓形通孔的圓心是B2片上的三個(gè)相鄰圓形通孔的最近外相交點(diǎn)，即A2上每一個(gè)圓形孔的圓心與B2片上三個(gè)相鄰圓形孔的圓心距離相同，A2-B2為重合后示意圖。

C片為外圓部分開有多個(gè)弧形通孔的金屬板，其中間開有五個(gè)限位螺栓孔。

D片為中間開有通孔的金屬板。當(dāng)A1片和D片重合時(shí)，A1片上的六角形通孔就形成了一個(gè)微型反應(yīng)釜空間。同樣A2片、B1片、B2片都有相同的效果。圖11溶氧微泡發(fā)生器原理圖中是由A片、B片、C片、D片組合的結(jié)構(gòu)，組合后形成了一個(gè)微型反應(yīng)釜，每個(gè)微型反應(yīng)釜與相鄰的反應(yīng)釜相通，構(gòu)成了液體介質(zhì)在不同的空間、壓力、溫度、射流等狀態(tài)下連續(xù)流動(dòng)并參與反應(yīng)的多重微型反應(yīng)釜。

在圖9溶氧微泡發(fā)生器中，由一個(gè)單元或多個(gè)單元組成，液體介質(zhì)通過微泡腔后進(jìn)入多徑腔。多徑腔內(nèi)設(shè)置A腔、B腔、C腔、D腔、E腔。各腔體的直徑不同并發(fā)生突變，液體介質(zhì)在流速不同和正負(fù)壓不同的環(huán)境下參與反應(yīng)，液體介質(zhì)中的溶氧在激烈的拉伸和壓縮狀態(tài)下產(chǎn)生大量的離子化微粒。

例如，對于溶氧微泡發(fā)生器前端的單元反應(yīng)器件，優(yōu)選3-5組單元反應(yīng)器組成。后端A腔、B腔、C腔、D腔、E腔的管徑的比例尺寸適宜的任意選擇，其中D腔為錐形腔，錐度為1:1，管徑為出口徑，E腔為開放式腔體，E腔的進(jìn)口徑等于D腔的出口徑，E腔的管徑≥D腔的管徑。各腔的管徑優(yōu)選比例為3:1.5:4:1:1。溶氧微泡發(fā)生器入口端由泵P4提供3-5kg/cm2。

采用上述結(jié)構(gòu)后，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)和處理水的液體經(jīng)過圖9溶氧微泡發(fā)生器時(shí)，發(fā)生器前端的多重微反應(yīng)釜產(chǎn)生大量的液體中的溶氧微泡，實(shí)驗(yàn)檢測得到圖12微泡尺寸與密度的頻度圖，圖中縱軸的數(shù)量級是10⁶，顯示本例的結(jié)果是頻度最大數(shù)直徑為100nm，頻度峰直徑約為20nm(50％粒子數(shù))，約有12億個(gè)粒子數(shù)/cm3，頻度最小值直徑約25nm。大量的溶氧微泡經(jīng)過發(fā)生器后端的反應(yīng)后，液體的介質(zhì)表面和溶氧微泡表面產(chǎn)生了微泡離子的形態(tài)，圖13微泡離子形態(tài)用建立模型來顯示出離子電場狀態(tài)的示意圖。

2.光反應(yīng)器原理及結(jié)構(gòu)

圖14是本發(fā)明的光反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖。由金屬外筒、反光層、燈管、光源端蓋、入口、出口組成。其中，燈管設(shè)置于金屬外筒內(nèi)部，燈管和外筒之間設(shè)置有反光層，金屬外筒下端設(shè)置液體進(jìn)口，上端設(shè)置出口。

經(jīng)過溶氧微泡發(fā)生器的液體，攜帶大量的溶氧離子并附著在量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)表層上經(jīng)光反應(yīng)器入口進(jìn)入光反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，這種現(xiàn)象形成了紫外光、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)、溶氧微泡和水的協(xié)同關(guān)系，十分有利于提高光催化反應(yīng)效率，對于量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)分解產(chǎn)生羥基自由基等強(qiáng)氧化劑的速率和促進(jìn)有機(jī)物的氧化去除率有大幅提高。量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)有多種光反應(yīng)物質(zhì)，主要有TiO2、ZnO、CdS、WO3、SnO2等。在200nm-400nm波長的光源照射下，光反應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)活性氧化物質(zhì)，如OH-、O2、H等強(qiáng)氧化劑，幾乎對所有的有機(jī)物或有些無機(jī)物進(jìn)行比較徹底地氧化分解，產(chǎn)生出無危害的物質(zhì)H2O、CO2等。本發(fā)明舉例，光反應(yīng)器在本發(fā)明系統(tǒng)中，至少一組，優(yōu)選4組。介質(zhì)是本發(fā)明制備的粒狀量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)，粒徑為10um-100um，優(yōu)選30um-60um，處理水中投放量為0.1％-1.2％(質(zhì)量比)，優(yōu)選0.5％-1％(質(zhì)量比)。光源優(yōu)選6-8w的主波長為315nm-400nm的紫外線燈，光的強(qiáng)度為1mW/cm2。罐體優(yōu)選SUS316，罐體內(nèi)側(cè)設(shè)有反光層，反光層可以選用具有反光功能的材料，優(yōu)選亞克力鍍汞工藝的反光產(chǎn)品，貼附在罐體內(nèi)側(cè)?；旌弦阂?0L/min的流量從出口輸出。

3.凈水過濾器原理及結(jié)構(gòu)

經(jīng)過光反應(yīng)后的液體進(jìn)入一級沉淀池13、二級沉淀池14。二級沉淀池14內(nèi)設(shè)置有凈水過濾器15。凈水過濾器15結(jié)構(gòu)如圖15所示。包括：殼體，殼體上開有過濾孔，過濾孔上設(shè)置有過濾體，殼體內(nèi)部設(shè)置有凈水出口。經(jīng)過兩次沉淀的清水再經(jīng)過凈水過濾器凈化處理。本發(fā)明的案例優(yōu)選金屬殼體為SUS316，過濾網(wǎng)可以使用各種具體高精密的過濾網(wǎng)，優(yōu)選金屬纖維燒結(jié)氈過濾體，過濾精度為3-10um，經(jīng)過凈水過濾器的水質(zhì)能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

四、磁性介質(zhì)制備及活化方法

在此對本實(shí)施例進(jìn)行磁分離時(shí)所采用的量子碳素磁性介質(zhì)液溶液的制備方法和活化方法進(jìn)行介紹。

1、磁性介質(zhì)制制備方法

本實(shí)施例中，量子碳素磁介質(zhì)的制備方法如以下兩個(gè)實(shí)施例所示。

實(shí)施例1：

(1)將質(zhì)量比為(2.8-3.2):1的H₁₂Cl₃FeO₆和FeC₁₂·4H₂O溶于離子水中，其中，每100ml離子水加入的溶質(zhì)重量為：6.5-7.5g；

(2)然后將步驟(1)的溶液采用水浴加熱，并不斷攪拌進(jìn)行升溫，升溫過程中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，升溫到40～60℃后滴加濃氨水至溶液pH為9左右，保持溫度穩(wěn)定，反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)以上；

(3)反應(yīng)完后將燒瓶中液體轉(zhuǎn)入燒杯中，靜置沉淀；

(4)將靜置沉淀后混合物的上清液移出，加入去離子水洗滌三次至洗滌液pH為7左右，得到納米四氧化三鐵；

(5)用磁鐵在燒杯底部吸附，將水濾干后再加入去離子水與量子碳素液，其中，去離子水、納米四氧化三鐵、量子碳素液的比值為：100ml：(3-3.6mg)：(60-70ml)；

(6)將果殼活性炭加入步驟(5)混合物，同時(shí)攪拌，轉(zhuǎn)速400～600r/min，攪拌時(shí)間20～60分鐘；其中，每100ml混合物溶液加入1.9-2.1g果殼活性炭；

(7)用磁鐵在燒杯底部吸附，將水濾干后置于電熱烘箱中烘干；

(8)將烘干的介質(zhì)置于馬弗爐無氧氣氛中焙燒活化后冷卻；

(9)將冷卻后產(chǎn)物研磨粉碎至80um-120um之間的產(chǎn)物即得量子碳素磁性介質(zhì)。

其中，H₁₂Cl₃FeO₆為六水三氯化鐵。

實(shí)施例2：

(1)將25.3g的H₁₂Cl₃FeO₆和8.6g的FeC₁₂·4H₂O，溶于500ml去離子水燒杯中，完全溶解后轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中；

(2)將三頸燒瓶在水浴槽中加熱，不斷攪拌，升溫過程中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)；

(3)升溫到60℃滴加濃氨水，控制PH9左右；

(4)保持溫度穩(wěn)定，反應(yīng)時(shí)間1小時(shí)；

(5)將瓶中液體轉(zhuǎn)入燒杯中，靜置沉淀；

(6)將上清水移出，加入去離子水洗滌三次，控制PH7左右，得到9.8克納米四氧化三鐵；

(7)用3000Gs永磁鐵在燒杯底部吸附，將水濾干后再加入300ml去離子水；

(8)將200ml量子碳素液加入反應(yīng)，同時(shí)攪拌，轉(zhuǎn)速500r/min，攪拌時(shí)間30分鐘；

(9)將9.8g果殼活性炭加入反應(yīng)，同時(shí)攪拌，轉(zhuǎn)速500r/min，攪拌時(shí)間30分鐘；

(10)用3000Gs永磁鐵在燒杯底部吸附，將水濾干后置于電熱烘箱中100℃烘干；

(11)將烘干的介質(zhì)置于馬弗爐無氧氣氛550℃中焙燒活化4小時(shí)，自然冷卻。

(12)將冷卻后產(chǎn)物研磨粉碎至80um-120um之間的產(chǎn)物就是本發(fā)明的量子碳素磁性介質(zhì)。

其中，果殼活性炭為粒徑50um-100um的核桃殼質(zhì)地的植物碳，碘值為≥1200mg/g；強(qiáng)度≥95％。

本實(shí)施例中，量子碳素液為含有量子碳素的水溶液，所述量子碳素液的ORP為280mv-380mv、電導(dǎo)率σ為1-5ms/cm、電動(dòng)勢為280mv～380mv、pH值為1.5-3.2、溶質(zhì)濃度為0.1％-0.45％。所述量子碳素液溶質(zhì)為被氧化的單層石墨烯和多層石墨烯(≤10層)的碳素粒子(簡稱：量子碳素粒子)組成，所述單層石墨烯和多層石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為2-4:8-6。所述石墨烯是由sp2雜化的碳原子以六邊形排列形成的周期性蜂窩狀二維碳質(zhì)材料，單層石墨烯厚度為0.335nm。被氧化的量子碳素粒子表面具有多種含氧基團(tuán)，如羥基、羰基和羧基等活性基團(tuán)，量子碳素粒子整體上氧含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％-60％。

對于污水處理尤其是水中的金屬離子通常情況下，重金屬離子難以有效地通過生物法與化學(xué)法去除，因此，吸附法是當(dāng)前相對最有效的去除重金屬離子的方法之一，由于量子碳素粒子表面含有豐富的高活性含氧官能團(tuán)，使得量子碳素粒子具有良好水溶性和易變化的化學(xué)活性，可以和金屬離子發(fā)生作用。

量子碳素粒子表面分布有羧基和羰基和隨機(jī)分布的羥基和環(huán)氧基，表面大量的羥基和羧基增加了量子碳素表面的負(fù)電密度，加強(qiáng)了與金屬離子發(fā)生強(qiáng)絡(luò)合作用和靜電作用，促進(jìn)金屬離子的吸附。大量官能團(tuán)的存在為量子碳素粒子提供了豐富的吸附位點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特性使得量子碳素液成為一種高性能吸附材料。

通過本實(shí)施例的量子碳素磁性介質(zhì)的制備，使量子碳素磁性介質(zhì)具有超順磁的特性，在污水中，量子碳素磁性介質(zhì)快速吸附液體中的各種金屬離子，并在強(qiáng)磁場的作用下被吸附到三維順磁金屬鏈網(wǎng)(圖6-1)中，通過金屬鏈網(wǎng)的機(jī)械傳動(dòng)，將量子碳素磁性介質(zhì)并攜帶著被吸附的包括金屬離子的污染物送至空吹、空吸喇叭口處。

2、磁性介質(zhì)活化方法

量子碳素磁性介質(zhì)在重復(fù)使用中，會(huì)因吸附趨向飽和而吸附能力下降。在本發(fā)明設(shè)備系統(tǒng)中的取樣檢測口1處的檢測，處理水的任一指標(biāo)在接近達(dá)標(biāo)線之前，量子碳素磁性介質(zhì)就要全部回收，更換新的介質(zhì)?；厥盏牧孔犹妓卮判越橘|(zhì)進(jìn)行活性化處理。活化處理步驟如下：

(1)將回收的量子碳素磁性介質(zhì)和去離子水按1:3的比例置于超聲波容器中，邊攪拌邊用25KHz頻率的超聲波進(jìn)行處理1小時(shí)；

(2)濾出水再加新的同量的去離子水繼續(xù)攪拌超聲處理1小時(shí)；重復(fù)(1)和(2)的方法三次后濾干，100℃烘箱干燥；

(3)將干燥的介質(zhì)置于馬弗爐無氧氣氛550℃中焙燒活化4小時(shí)，自然冷卻。

(4)將冷卻后產(chǎn)物研磨篩分至80um-120um之間的產(chǎn)物。

采用上述方法進(jìn)行活化后的量子碳素磁性介質(zhì)仍可保持95％以上的吸附活性能力。

五、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)制備及活化方法

在此對本實(shí)施例進(jìn)行有機(jī)物分解過程中所使用的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)的制備方法及活化方法介紹如下。

1、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)的制備方法

實(shí)施例1

本實(shí)施例的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)制備方法如下：

(1)將量子碳素液、TiO₂、高純水以及適量N(CH₃)₄OH·5H₂O攪拌混合并加熱制備為漿液，其中，量子碳素液和TiO₂的比值為:100ml：200g；將漿液放入烘箱中干燥固化得到Rh-C/TiO₂產(chǎn)物；

(2)將Rh-C/TiO₂產(chǎn)物、干燥沸石粉以及含有Pt金屬重量1％的H₃PtCl₆·5.3H₂O混合制備出漿液；

(3)將步驟(2)中的漿液干燥固化煅燒得到Rh-Pt-C-M/TiO₂復(fù)合型光催化氧化體，冷卻后研磨至200目到300目之間的產(chǎn)物即為光反應(yīng)介質(zhì)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)制備方法如下：

(1)將50gTiO₂和50g沸石(M)分別分散到裝有200ml高純水的燒杯中，在室溫下進(jìn)行攪拌(攪拌轉(zhuǎn)子用非金屬)數(shù)分鐘，將水除去。反復(fù)三次；

(2)在80℃真空干燥箱烘干備用。分別稱取25ml的量子碳素液，50g的TiO₂干燥的粉末以及含有Rh金屬重量5％的Rh(NO₃)₃；

(3)將量子碳素液、TiO₂、350ml高純水以及N(CH₃)₄OH·5H₂O加入到三頸燒瓶中加熱混合，制備出溫度為60℃的漿液(攪拌過程中每次少量的向燒瓶中緩慢加入Rh(NO₃)₃，保持60℃，攪拌1小時(shí))；

(4)將漿液放入100℃烘箱中干燥固化12小時(shí)，得到Rh-C/TiO₂產(chǎn)物；

(5)分別將得到Rh-C/TiO₂產(chǎn)物、50g干燥沸石粉以及含有Pt金屬重量1％的H₃PtCl₆·5.3H₂O加入到三頸燒瓶中混合制備出漿液(攪拌過程中每次少量的向燒瓶中緩慢加入H₃PtCl₆·5.3H₂O，攪拌1小時(shí),靜置6小時(shí))；

(6)將漿液放入100℃烘箱中干燥固化12小時(shí)，然后放入380℃無氧氣氛的電烘箱中，煅燒6小時(shí)，得到Rh-Pt-C-M/TiO₂復(fù)合型光催化氧化體，冷卻后在瑪瑙錐體或玻璃錐體中研磨至200目到300目之間的產(chǎn)物就是本發(fā)明的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)。

本發(fā)明所述TiO₂為氣相法納米二氧化鈦TiO₂P25(市場商品)，平均粒徑的為25nm的銳鈦礦和晶紅石混合相的二氧化鈦。本發(fā)明所述沸石(M)為粉碎至300目的絲光沸石。

其中，N(CH₃)₄OH·5H₂O為四甲基氫氧化銨五水合物，H₃PtCl₆·5.3H₂O為氯鉑酸水合物。

2、量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)活化方法

本發(fā)明制備的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在重復(fù)使用中，可以長時(shí)間地保持催化氧化能力和活性度，其衰減緩慢。但在本發(fā)明設(shè)備系統(tǒng)中的取樣檢測口2處的檢測，處理水的任一指標(biāo)在接近達(dá)標(biāo)線之前，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)就要全部回收，更換新的介質(zhì)?；厥盏牧孔犹妓毓夥磻?yīng)介質(zhì)進(jìn)行活性化處理?；罨幚聿襟E如下：

(1)將回收的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)和去離子水按1:3的比例置于超聲波容器中，邊攪拌邊用25KHz頻率的超聲波進(jìn)行處理1小時(shí)；

(2)濾出水再加新的同量的去離子水繼續(xù)攪拌超聲處理1小時(shí)；

(3)重復(fù)(1)和(2)的方法三次后濾干，100℃烘箱干燥；

(4)將干燥的介質(zhì)置于380℃無氧氣氛的馬弗爐中，煅燒4小時(shí)；

(5)冷卻后研磨篩分至200目到300目之間的產(chǎn)物

采用上述方法進(jìn)行活化后的量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)仍可保持95％以上的催化氧化活性能力。

六、實(shí)施效果

針對本發(fā)明的方案，在此以兩個(gè)工程實(shí)例對上述實(shí)施效果進(jìn)行分析驗(yàn)證。具體介紹如下。

實(shí)施例1

某電鍍有機(jī)油墨廠，該廠生產(chǎn)廢水為300噸/天，生產(chǎn)線各個(gè)單元產(chǎn)生的廢水集中收集，統(tǒng)一處理。進(jìn)水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)和處理效果，如下表所示：

表1電鍍有機(jī)油墨廠廢水處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

指標(biāo)對比如圖16所示，具體實(shí)施方案如下：

工廠的廢水進(jìn)入本發(fā)明的污染水凈化設(shè)備系統(tǒng)中，量子碳素磁性介質(zhì)投放量為污水的1.2％(重量比)，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)投放量為污水的1.5％(重量比)；超導(dǎo)磁體采用低溫超導(dǎo)磁體(如圖4-1，圖4-2超導(dǎo)磁體外形圖)，冷媒為液氦，電流端子向超導(dǎo)本體內(nèi)輸送電流114A，溫度監(jiān)測控制是4K，真空排氣為10-6hPa，磁場中心為2T，為磁分離系統(tǒng)提供高梯度磁場。設(shè)備系統(tǒng)其它各個(gè)部分均按照本發(fā)明的優(yōu)選參數(shù)進(jìn)行的處理。處理結(jié)果完全達(dá)標(biāo)，尤其是對于重金屬的處理去除率96％以上，有的接近100％。從處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中顯示，量子碳素磁性介質(zhì)和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在經(jīng)過重復(fù)20次廢水處理后，化學(xué)需氧量CODcr的去除率仍保持在96％-97％之間；氨氮的去除率保持在97％-98％之間；總銅的去除率保持在98％-99％之間；總鉛的去除率保持在97％-99％之間；總磷的去除率保持在97％-99％之間；pH值穩(wěn)定在6-9之間，說明量子碳素磁性介質(zhì)和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在協(xié)同使用中，經(jīng)過20次重復(fù)使用后仍然還保持著很高的協(xié)同活性能力。

實(shí)施例2

某印刷電路板工廠廢水的重復(fù)使用實(shí)驗(yàn)，該廠生產(chǎn)廢水為30噸/天，生產(chǎn)線各個(gè)單元產(chǎn)生的廢水集中收集，統(tǒng)一處理。進(jìn)水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)和處理效果，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表所示，某印刷電路板工廠廢水處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表所示：

表2某印刷電路板工廠廢水處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

其效果對比如圖17-1，圖17-2所示。具體實(shí)施方案如下：

工廠的廢水進(jìn)入本發(fā)明的污染水凈化設(shè)備系統(tǒng)中，量子碳素磁性介質(zhì)投放量為污水的1.0％(重量比)，量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)投放量為污水的1.2％(重量比)；設(shè)備系統(tǒng)其它各個(gè)部分均按照本發(fā)明的優(yōu)選參數(shù)進(jìn)行的處理。處理結(jié)果完全達(dá)標(biāo)，尤其是對于提高COD和氨氮等指標(biāo)有顯著效果。從處理效果和介質(zhì)循環(huán)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中顯示，量子碳素磁性介質(zhì)和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在經(jīng)過重復(fù)10次廢水處理后，化學(xué)需氧量CODcr的去除率保持在91％-93％之間；氨氮的去除率保持在94％-97％之間；濁度保持在3.2-4.4之間；pH值穩(wěn)定在6-9之間，說明量子碳素磁性介質(zhì)和量子碳素光反應(yīng)介質(zhì)在協(xié)同使用中，經(jīng)過10次重復(fù)使用后，仍然還保持著很高的協(xié)同活性能力。

本發(fā)明所述的污水包括但不限于各種工廠排放污水，如電鍍廠、印刷廠、化學(xué)品廠、電子工業(yè)工廠、造紙廠、食品廠等排放污水。也包括城市污水以及日常生活排放污水。還包括河水、地表水、地下水等。所述廢水可以通過廢水處理廠進(jìn)行集中凈化處理。

本發(fā)明所述的污水中的污染物包括多種物質(zhì)，如鉻(Cr)、砷(As)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、汞(Hg)、鉛(Pb)等重金屬離子。還包括有機(jī)物質(zhì)、導(dǎo)致COD(化學(xué)需氧量)、BOD(生物需氧量)和TOC(總有機(jī)碳)指數(shù)升高的物質(zhì)。這些物質(zhì)僅作為舉例，但不僅限于此，還包括比如細(xì)菌、病毒等特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。