光催化技术的是一种环保、绿色的技术,已经在环境保护与治理领域展现了它独特的技术优势:温和的反应条件;超强的氧化能力;无毒、稳定、可重复使用的催化剂。但是,反应器的设计的滞后限制了它的发展。基于上述问题,本文设计开发一种可以解决上述问题的反应器:基于薄层水膜辐照除污的原理,研究了分析了薄层水膜装置的设计参数,设计开发了大尺寸毛玻璃片负载光催化剂的方法,并在此基础上设计开发了新型的薄层水膜紫外光催化水处理装置,进而考察了该装置对不同废水的光催化降解效果,为光催化技术的实际应用提供了一种新型的处理装置。并取得以下研究结论:(1)薄层水膜光催化装置设计参数优选以亚甲基蓝模拟废水为对象,分析了紫外光强度、光照时间、水膜厚度、光照距离等影响装置设计的主要参数。发现在水膜厚度为在5 mm以内、光照距离在3 cm以内、光照3小时,紫外功率为10 w时,对于初始浓度为10 mg/L,pH为11的亚甲基蓝模拟废水,光催化处理效果最好,去除率达到63%,并且试验结果符合L-H的一级反应动力学规律,水膜厚度与pH、光照时间交互作用对催化反应的影响较大。(2)薄层水膜光催化装置大尺寸负载型催化剂的制备。为了构建应用型的的光催化装置,需要开发大尺寸的催化剂负载系统,本研究通过对催化剂的选择以及反应器中催化条件的研究,最终确定采用毛玻璃负载二氧化钛作为催化剂负载装置,研究发现光催化剂在镀膜次数为3次时,亚甲基蓝的降解效果最佳。且XRD表征发现,负载后的玻璃片上以有利于提高催化效率的锐钛矿型催化剂居多。(3)薄层水膜光催化装置的研发基于前文研究确定的装置设计参数和催化剂负载系统,设计开发了新型的薄层水膜光催化反应器:首先利用数值模拟方法优化其关键部件,应用Ansys15.0软件对薄层水膜发生器进行优化设计,主要模拟出水口截面积、腔体高度、进水速度等影响因素。模拟结果显示,进口速度越大,出水口水流的稳定性越差;腔体圆角半径越大,腔体形成涡流越小,对速度影响越小;进水出口截面高度越高,腔体内部压强越小。研究发现,在腔体圆角半径为80mm、出水口截面高度为3mm、进水速度为0.02m/s时,可稳定发生薄层水膜。其次利用LSSE模型模拟计算出了最佳的光距。模拟不同光源位置时光催化剂表面的光强分布,进而确定最优的光源位置,使得光催化剂薄膜表面的光照辐射分布比较均匀,保证整个光催化反应系统对光能的高效利用。综合前文研究结果以及模拟效果可以看出在光距在3cm处的光照强度最均匀,最有利于光能的高效利用。第三,进一步分析了薄层水膜光催化装置的配套系统的设置,重点介绍了光催化反应板的设计、紫外灯的设计、电路的设计等内容。(4)薄层水膜光催化装置降解模拟废水的效能研究为了验证开发的薄层水膜光催化装置的除污效能,分别选取亚甲基蓝、甲基橙、四环素、罗丹明B模拟废水进行试验,通过控制薄层水膜的厚度、进水pH值、光照条件等因素,发现当薄层水膜光催化反应器薄层水膜厚度在3mm左右,几种废水的脱色率达可以达到50%以上,COD去除率可以达到40%左右,证明了装置具有较好的除污效果。