基于光伏—光催化混合水处理系统的实验研究

【摘要】：光伏-光催化混合水处理系统以光谱分割利用技术为纽带将光催化氧化技术与光伏发电技术有效的结合在一起，以实现利用太阳能进行污水净化的目标。其中太阳光谱中紫外光谱用于光催化降解废水，可见光谱和近红外光谱透过系统到达电池表面发电供给系统内废水循环，而远红外光谱均被废水吸收以保持电池在较低的工作温度下工作。 首先，基于该设想建立了SOLWAT系统（Solar water purification andrenewable electricity generation system），并对其光学结构进行了理论分析，考察了系统总体光谱透过率对于系统电学性能的影响；其次，在实际条件下实验考察了系统的自供给性能，以及光伏组件温度和液体吸收等因素对发电效率的影响；最后，考察了系统降解不同模拟污染物亚甲基蓝、酸性红26、对氯苯酚和不同模拟污染物初始浓度时的光催化性能和电学性能。 研究结果表明：1.理论归一化的电流密度公式仅适用于均相介质，对于非均相介质存在较大偏差；2.在SOLWAT系统中可以实现光谱分割技术，系统可以在不依靠任何非可再生能源条件下实现自供给运转，并且8L模拟废水最终得到净化；3.由于流道循环流体的冷却作用，SOLWAT系统中的光伏组件温度低与参比系统的光伏组件的；4.有机染料废水颜色完全褪去，对三种有机污染物的降解率均达到99%以上且降解反应动力学拟合结果显示均符合一级反应，三种模拟污染物的矿化率均在80%以上；5.污染物的降解使得系统的发电效率不断提高，但液体较强的吸收和光催化剂的颗粒散射作用使得SOLWAT系统综合发电效率低于参比系统。 SOLWAT系统利用太阳光谱分波段利用技术，使系统的光伏作用与光催化作用有机结合，并相互促进，为利用太阳能光催化处理污水的工业化提供一种新的可行的途径 【关键词】：光伏-光催化混合系统 自供给 水净化 光伏组件温度 有机污染物 反应动力学
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.3;X703
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 文献综述9-22
• 1.1 能源与环境现状9-11
• 1.1.1 能源危机9-10
• 1.1.2 水环境污染10
• 1.1.3 有机物污染10-11
• 1.2 污水处理技术11-12
• 1.2.1 常规水处理技术11-12
• 1.2.2 光催化氧化技术的起源与应用12
• 1.3 光催化氧化技术介绍12-16
• 1.3.1 光催化氧化技术原理12-13
• 1.3.2 光催化氧化技术的研究现状13-14
• 1.3.3 光催化反应动力学研究14-15
• 1.3.4 混合光催化反应器15-16
• 1.4 光伏发电技术16-19
• 1.4.1 太阳能电池16-17
• 1.4.2 温度对太阳能电池的影响17
• 1.4.3 太阳能电池的液浸冷却技术17-19
• 1.5 光谱分割技术19-20
• 1.5.1 太阳光谱19
• 1.5.2 光谱分割利用技术19-20
• 1.6 论文工作提出20-22
• 第二章 系统建立与理论光谱分析22-32
• 2.1 系统结构示意图与工作原理22-25
• 2.1.1 系统结构22-23
• 2.1.2 光谱分波段利用的可行性23-24
• 2.1.3 太阳能水处理系统工作原理24-25
• 2.2 理论透射光谱分析25-27
• 2.2.1 SOLWAT 系统结构分析25
• 2.2.2 透射光谱理论分析25-26
• 2.2.3 系统模拟样品池26-27
• 2.3 透射光谱检测27-30
• 2.3.1 光谱透过率的测试27-28
• 2.3.2 模拟废液的光谱透过率分析28-29
• 2.3.3 光谱透过率对系统电性能的影响29-30
• 2.3.4 结果与讨论30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 数据采集系统建立与户外实验32-44
• 3.1 数据采集系统32-35
• 3.1.1 气象站32-33
• 3.1.2 数据采集系统33-35
• 3.2 系统户外实验35-43
• 3.2.1 实验材料35-36
• 3.2.2 实验方案36-37
• 3.2.3 系统自运转实验37-40
• 3.2.4 系统耦合性能40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 系统光催化性能与电性能研究44-62
• 4.1 光催化反应器的降解直观效果44-45
• 4.2 系统光催化性能研究45-54
• 4.2.1 模拟污染物的降解速率研究45-48
• 4.2.2 模拟污染物的降解反应动力学研究48-51
• 4.2.3 模拟污染物的矿化速率研究51-54
• 4.3 系统电学性能研究54-60
• 4.3.1 系统输出短路电流检测54-57
• 4.3.2 系统最大输出功率检测57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 结论与展望62-65
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-72
• 发表论文和参加科研情况说明72-73
• 主要符号说明73-75
• 致谢75

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