處理水溶液及其污染物的裝置和方法
【專利摘要】本公開總體上針對處理水溶液的設(shè)備和方法，以去除或以其他方式降低一種或多種污染物的水平、濃度或數(shù)量。本公開涉及一種裝置，該裝置包括大體上獨(dú)立的殼體或容器，所述殼體或容器配置為接收包括至少一個(gè)對電極(例如，陰極)和至少一個(gè)安裝或設(shè)置在至少一個(gè)紫外光源周圍的光電極(例如，陽極)的部件，和∕或接收、容納和∕或循環(huán)液體或水溶液。
【專利說明】處理水溶液及其污染物的裝置和方法
[0001] 相關(guān)由請的奪艾引用
[0002] 本申請要求于2011年I2月2日提交的申請?zhí)枮?61/566,49〇的美國臨時(shí)專利申 請、2〇1 2年1月6日提交的申請?zhí)枮?1/5S4,012的美國臨時(shí)專利申請以及2012年11月 29日提交的申請?zhí)枮?3/689, 089的美國非臨時(shí)專利申請的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部內(nèi)容通 過引用結(jié)合在本申請中。

【背景技術(shù)】
[0003] 水溶液通常包含一種或多種污染物。該水溶液包括但不限于水力壓裂液、水力壓 裂回流水、高鹽度溶液、地下水、海水、廢水、飲用水、水產(chǎn)養(yǎng)殖（例如：水族館用水及水產(chǎn)養(yǎng) 殖用水）、壓艙水、以及紡織工業(yè)染料廢水。更多關(guān)于示例水溶液的信息，如下所述。
[0004] 水力壓裂液包括任何用于刺激或制造天然氣或石油的液體或溶液，或任何已被用 作該用途之后的該種液體或溶液。
[0005] 地下水包括存在于地表下的水，其占據(jù)土壤或地質(zhì)層中的空間。地下水可包括供 應(yīng)含水層、井水和泉水的水。
[0006] 廢水可以是任何其質(zhì)量已被人類或非人類活動產(chǎn)生的各種效應(yīng)、過程、和/或材 料不良影響的水。例如，廢水可以是用于洗滌、沖洗或生產(chǎn)過程、含有廢棄產(chǎn)物的水。廢水 進(jìn)一步可以是被糞便、尿液、體液和/或其他家庭、市政或工業(yè)排放（例如：通過管道、下水 道、或類似的結(jié)構(gòu)或設(shè)施、或通過糞池排空裝置排放）的液體廢棄產(chǎn)物所污染的污水。廢水 可以源于，例如，黑水、糞坑泄漏、化糞池、污水處理、洗滌水（也稱為"可再利用廢水"）、降 雨、滲入污水中的地下水、剩余生產(chǎn)液體、道路排水、工業(yè)場所排水、以及雨水溝。
[0007] 飲用水包括用于供應(yīng)到家庭、商業(yè)和/或工業(yè)的水。飲用水可以包括直接從水龍 頭或閥門抽出的水。飲用水可進(jìn)一步包括飲用水供應(yīng)源頭，例如，地表水和地下水。
[0008] 水族箱水包括用于其中飼養(yǎng)有或打算飼養(yǎng)魚或其他水生植物和動物的灌滿水的 包圍容器的，例如，淡水、海水、以及鹽水。水族箱水可能來自于任何尺寸的水族箱，例如，從 小型的家用水族箱到大的水族館（例如，裝有數(shù)以千計(jì)到數(shù)十萬計(jì)加侖水的水族館）。
[0009] 水產(chǎn)養(yǎng)殖水是用于養(yǎng)殖水生生物的水。水產(chǎn)養(yǎng)殖水包括用于養(yǎng)殖水生生物的，例 如，淡水、海水和鹽水。
[0010] 壓艙水包括裝在水箱或船只貨倉中以提高運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性和機(jī)動性的水，如 淡水和海水。壓艙水還可能含有異國物種、外來物種、入侵物種、和/或非本土的微生物或 植物物種、以及沉淀物和污染物。
[0011] 污染物可以是，例如，微生物、有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、無機(jī)化學(xué)物質(zhì)、和/或其組合。更具 體地,"污染物"可以指任何一種并非在水溶液中天然存在的化合物。污染物還可包括可能 在水溶液中天然存在的、在某些程度上可能被認(rèn)為安全的、但卻可能在不同層面造成問題 (例如，疾病和/或其他健康問題）的微生物。在其他情況下（如，在壓艙水的情形中），污 染物還包括在最初形成的壓艙水中天然存在的微生物，但可能會被認(rèn)為是非本地的或異國 的物種。此外，政府機(jī)構(gòu)，如美國環(huán)境保護(hù)署，已經(jīng)制定了水中污染物標(biāo)準(zhǔn)。
[0012] 污染物可能包括一種常見于未使用或使用過的水力壓裂液中的物質(zhì)。例如，該污 染物可能為下列物質(zhì)或其組合中的一種或多種：稀酸（如鹽酸）、減阻劑（如聚丙烯酰胺）、 抗菌劑（例如：戊二醛、乙醇、和/或甲醇）、阻垢劑（例如：乙二醇、酒精、以及氫氧化鈉）、 鈉鹽和鈣鹽、鋇、油、鍶、鐵、重金屬、肥皂、細(xì)菌，等等。污染物可能包括用以增稠或提高粘性 進(jìn)而提高油的回收的聚合物。污染物中還可能包括瓜爾豆或瓜爾豆膠，其經(jīng)常在油回收、能 量場和食品工業(yè)的多種應(yīng)用中作為增稠劑使用。
[0013] 污染物可以是有機(jī)體或微生物。微生物可以為，例如，原核生物、真核細(xì)胞、和/或 病毒。該原核生物可以為，例如，病原原核生物和糞便大腸菌群。示例原核生物可以為大腸 桿菌、布魯氏菌、軍團(tuán)桿菌、硫酸鹽還原菌、產(chǎn)酸菌、霍亂菌、及其組合。
[0014] 示例真核細(xì)胞可以為原生生物、真菌、或藻類。示例原生生物（原生動物）可以是 賈第蟲、隱孢子蟲、及其組合。真核細(xì)胞還可以是病原真核細(xì)胞。本公開中還考慮形成囊腫 的真核細(xì)胞，如賈第蟲的囊腫。
[0015] 真核細(xì)胞還可能包括一種或多種疾病載體（disease vector)。"疾病載體"指任 何將傳染病原體攜帶并傳播至另一生命有機(jī)體中的媒介（如：人，動物或微生物）。實(shí)例包 括但不限于昆蟲、無脊椎動物、或其他傳播傳染介質(zhì)（infectious agent)的生物體。一些 無脊椎動物如昆蟲的生命周期包括水中存活的時(shí)間。例如，雌性蚊子在水中產(chǎn)卵。其他無 脊椎動物，例如線蟲，可將卵放置于水溶液中。無脊椎動物的囊腫還可污染水環(huán)境。因此， 對可能駐留有載體（如疾病載體）的水溶液的處理可作為對疾病載體和傳染介質(zhì)兩者的控 制機(jī)制。
[0016] 污染物可能為病毒。實(shí)例病毒可能包括經(jīng)水傳播的病毒，例如，腸道病毒、甲肝病 毒、輪狀病毒、MS2大腸桿菌噬菌體、腺病毒，以及諾羅病毒。
[0017] 污染物可能包括有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。有機(jī)化學(xué)物質(zhì)可能是，例如，化合物、藥物、非處方 藥、染料、農(nóng)業(yè)污染物、工業(yè)污染物、蛋白質(zhì)、內(nèi)分泌干擾物、燃料充氧劑、和/或個(gè)人護(hù)理用 品。有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的實(shí)例可包括丙酮、酸性藍(lán)9、酸性黃23、丙烯酰胺、甲草胺、阿特拉津、 苯、苯并（a)芘，修二氯甲烷、卡巴呋喃、四氯化碳、氯苯、氯丹、三氯甲烷、氯甲烷、2, 4-二氯 苯養(yǎng)基乙酸、茅草枯、1，2-二溴-3-氯丙烷、鄰二氯苯、對二氯苯、1，2_二氯乙烷、1，1-二氯 乙烯、順式-1，2-二氯乙烯、反式-1，2-二氯乙烯、二氯甲烷、1, 2-二氯丙烷、雙（2-乙基己 基）己二酸、雙（2_乙基己基）鄰苯二甲酸鹽、地樂酚、二氧雜芑（2, 3,7,8-TCDD)、敵草快、 草藻滅、異狄氏劑、表氯醇、乙苯、二溴化乙烯、草甘膦、鹵乙酸、七氯、環(huán)氧七氯、六氯苯、六 氯環(huán)戊二煉、林丹、甲基叔丁基醚、甲氧滴滴涕、napthoxamyl (vydate)、萘、五氯苯酚、苯酸、 毒莠定、茴香素、正丁基苯、丙苯、丁基苯、仲丁基苯、多氯聯(lián)苯（PCBs)、西瑪津、笨樣乙酸鈉、 苯乙烯、四氯乙烯、甲苯、毒殺芬、2, 4, 5_TP(三氯苯氧丙酸）、1, 2, 4-三氯苯、1，1，1-三氯乙 烷、1，1，2-三氯乙燒、三氯乙烯、三鹵甲烷、1，2, 4-三甲基苯、1，3, 5-三甲基苯、氯乙稀、鄰 二甲苯、間二甲苯、對二甲苯、內(nèi)分泌干擾物、G系列神經(jīng)毒劑、V-系列神經(jīng)毒劑、雙酚Α、牛 血清白蛋白、酰胺咪嗪、皮質(zhì)醇、雌二醇-17β、汽油、有色可溶性有機(jī)物（gelbstoff)、三氯 生、蓖麻毒蛋白、多溴二苯醚、多氯二苯醚、以及多氯聯(lián)苯。甲基叔丁醚（又名甲基叔丁基 醚）是一種特別適用的有機(jī)化學(xué)污染物。
[0018] 污染物可包括一種無機(jī)化學(xué)物質(zhì)。更具體而言，該污染物可以是一種含氮無機(jī)化 學(xué)物質(zhì)，例如，氨（NH 3)或銨（姻4)。污染物可以包括不含氮無機(jī)化學(xué)物質(zhì)，例如，鋁、銻，砷， 石棉，鋇，鈹，溴酸鹽，鎘，氯胺，氯，二氧化氯，亞氯酸鹽，鉻，銅，氰化物，氟化物，鐵，鉛，猛， 汞，鎳，硝酸鹽，亞硝酸鹽，硒，銀，鈉鹽，硫酸鹽，鉈和/或鋅。
[0019] 污染物可以包括放射性核素。放射性污染可能由放射性核素（放射性同位素）生 產(chǎn)或使用過程中的泄漏或事故造成。實(shí)例放射性核素包括但不限于α光子發(fā)射體，β光 子發(fā)射體，鐳226,鐳22 8及鈾。
[0020] 有多種方法可以用來處理污染物和被污染的水溶液。通常，例如，污染物可以得到 控制以阻止其離開源頭，且可以去除、固定化或去毒。
[0021] 另一處理污染物和被污染的水溶液的方法是在使用點(diǎn)處理水溶液。使用點(diǎn)水處理 是指在使用點(diǎn)而非某一集中位置進(jìn)行的各種不同的水處理方法（物理、化學(xué)和生物），以提 高水質(zhì)，進(jìn)而滿足預(yù)期用途，如飲用、洗浴、洗滌、灌溉等。使用點(diǎn)處理可包括更為分散的級 另[]，如小公司或家庭住戶的水處理。一種極端的替代做法是放棄使用被污染的水溶液，轉(zhuǎn)而 使用替代源。
[0022] 其他處理污染物和被污染的水溶液的方法用來去除汽油和染料污染物，特別是汽 油添加劑ΜΤΒΕ。這些方法包括，例如，植物修復(fù)、土壤氣體抽排、多相提取、曝氣、膜（反滲 透），以及其他技術(shù)。除成本高昂之外，部分此類替代修復(fù)技術(shù)會導(dǎo)致形成其他濃度高于建 議界限的污染物。例如，大多數(shù)ΜΤΒΕ氧化方法會導(dǎo)致形成在飲用水中的濃度高于建議界 限 10 μ g/L 的溴酸鹽離子（Liang et al·，"Oxidation of MTBE by ozone and peroxone processes,，'J. Am. Water Works Assoc. 91:104 (1999))。
[0023] 一部分技術(shù)已被證明在降低MTBE污染上很有效，包括利用紫外線光和二氧化碳 進(jìn)行光催化降解(Barreto et al.，"Photocatalytic degradation of methyl tert-butyl ether in Ti02slurries:a proposed reaction scheme, ,?Water Res. 29:1243-1248(1995)； Cater et al. , UV/H202treatment of MTBE in contaminated water, "Environ. Sci Technol. 34:659(2000)，利用紫外線和過氧化氧進(jìn)行氧化（Chang and Young, "Kinetics of MTBE degradation and by-product formation during UV/hydrogen peroxide water treatment, w Water Res. 34:2223(2000) ；Stefan et al. , Degradation pathways during the treatment of MTBE by the UV/H202process, Environ. Sci. Technol. 34:650 (2000)) λ 臭氧和過臭氧氧化（Liang et al·, "Oxidation of MTBE by ozone and peroxone processes, "J. Am. Water Works Assoc. 91:104(1999))、以及原位和異位修復(fù)（Bradley et al., "Aerobic mineralization of MTBE and tert-Butyl alcohol by stream bed sediment microorganisms, " Environ. Sci. Technol. 33:1877-1879 (1999))。
[0024] 經(jīng)證明，使用二氧化鈦（titania，Ti02)作為光催化劑可以降解多種不同的 水中有機(jī)污染物，包括鹵代和芳香烴、含氮雜環(huán)化合物、硫化氫、表面活性劑、除草劑 和金屬配合物（（Matthews, "Photo-oxidation of organic material in aqueous suspensions of titanium dioxide，''Water Res. 220:569(1986) ;Matthews，"Kinetic of photocatalytic oxidation of organic solutions over titanium-dioxide, ''J. Catal. 113:549(1987) ；011is et al., ^Destruction of water contaminants, Environ. Sci. Technol. 25:1522(1991))
[0025] 光能量大于等于帶隙能量（Ebg)的半導(dǎo)體光催化劑，如二氧化鈦（Ti02)、氧化鋅 或硫化鎘等的照射使得電子從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到導(dǎo)帶。如果周圍和表面條件適當(dāng)?shù)脑?，受激?子空穴對可參與氧化還原反應(yīng)。氧氣充當(dāng)電子受體，并形成過氧化氫。電子供體（即污染 物）被價(jià)帶空穴直接氧化或被輕基自由基間接氧化（Hoffman et al·，"Photocatalytic production of H202and organic peroxide on quantum-sized semi-conductor colloids, "Environ. Sci. Technol. 28:776(19Μ))。此外，醚類可使用像 Ti02 這樣的光催 化劑氧化降解（Lichtin et al.,"Photopromoted titanium oxide-catalyzed oxidative decomposition of organic pollutants in water and in the vapor phase, ''Water Pollut. Res. J. Can. 27:203(1992))。已提出一種使用紫外線和Ti02光催化破壞MTBE的反 應(yīng)圖式，但光降解只在催化劑、氧氣和近似紫外線照射存在的情況下發(fā)生，MTBE在完全礦化 之前（Barreto et al. "Photocatalytic degradation of methyl tert-butyl ether in Ti02slurries:a proposed reaction scheme,''Water Res. 29:1243-1248(1995))被轉(zhuǎn)化 為數(shù)種中間產(chǎn)物（叔丁基甲酸、叔丁基酒精、丙酮和α-過氧化氫MTBE)。
[0026] 更常用的處理水溶液以便殺菌消毒的方法是利用氯氣對水溶液進(jìn)行化學(xué)處理。然 而，氯氣消毒存在一些缺點(diǎn)。例如，氯含量必須定期監(jiān)測，可能會形成不想要的致癌副產(chǎn)物， 氯氣有一股令人不舒服的氣味和味道，以及氯氣需要將水在儲水槽中儲存一定時(shí)間。
[0027] 用于水力壓裂氣井（如壓裂液）或以其他方式刺激石油、汽油和/或天然氣的生 產(chǎn)的水溶液也需要處理。該類溶液或壓裂液體典型地包括一種或多種成分或污染物，舉例 包括但不限于水、沙子、稀酸液（如鹽酸）、一種或多種聚合物或減阻劑（如聚丙烯酰胺）， 一種或多種抗菌劑（如戊二醛、乙醇和/或甲醇），一種或多種阻垢劑（如乙二醇、酒精和/ 或氫氧化鈉），以及一種或多種增稠劑（如瓜爾豆）。此外，這些溶液和液體中相當(dāng)一部分 在注入地下水力壓裂區(qū)后，先是作為回流，而后作為采出水，回到地表。返回地表時(shí)，溶液和 液體還會從土壤中攜帶其他污染物，如鹽（例如：鈉鹽和鈣鹽）。該溶液還可包括鋇、石油、 鍶、鐵、重金屬、肥皂、包括產(chǎn)酸菌和硫酸鹽還原菌在內(nèi)的高濃度細(xì)菌，等等。
[0028] 對用于水力壓裂氣井或以其他方式刺激油氣生產(chǎn)的水溶液的處理，難度大且成本 高，原因有很多，包括但不限于溶液的鹽度。因此，該液體通常最終在地下、場外、或天然水 體中處理。在一些情況下，某些洲或國家出于補(bǔ)救考慮，將不允許水力壓裂。
[0029] 因此，本領(lǐng)域中需要一些替代方法來處理水溶液，以去除和/或降低大量的污染 物。具體地，擁有有助于在不添加化學(xué)組分、不生成有潛在危害的副產(chǎn)物、且無需長期儲存 的前提下去除或消除污染物的方法和裝置，利用其處理各種水溶液，包括水力壓裂液、水力 壓裂回流水、高鹽度溶液、地下水、海水、廢水、飲用水、水族館水和水產(chǎn)養(yǎng)殖用水，和/或制 備實(shí)驗(yàn)室用超純水和修復(fù)紡織工業(yè)染料廢水，將帶來巨大優(yōu)勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0030] 本公開總體上針對有助于去除或降低一種或多種污染物水平或數(shù)量的水溶液處 理方法和設(shè)備。更具體地，本公開涉及一種去除或降低溶液中的污染物水平的裝置，包括 殼體，該殼體具有第一相對端和第二相對端，且至少部分地限定具有腔壁和腔長的空腔；光 管，該光管設(shè)于空腔內(nèi)，且配置為幫助發(fā)出或以其他方式提供覆蓋大部分腔長的紫外線照 射；設(shè)置于光管周圍的光電極；設(shè)于光電極與腔壁之間的空間的對電極，以及設(shè)于光電極 與對電極之間的分離器；其中光電極包括具有設(shè)置在光電極至少一個(gè)表面上的二氧化鈦層 的主要含鈦的箔支持體；以及其中所述光電極和對電極各自分別耦合至一個(gè)配置為電耦合 至電源的終端。
[0031] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種去除或降低溶液中的污染物水平的方法，包括：向設(shè)備的 空腔中供應(yīng)溶液，其中所述設(shè)備的所述空腔中容納有光管、設(shè)直于光管周圍的、包括具有設(shè) 置于其上的二氧化鈦層的主要含鈦的箔支撐體的光電極、以及設(shè)于所述光電極和所述設(shè)備 的腔壁之間的空間的對電極；使用紫外線光照射光電極；以及向耦合至所述光電極的第一 終端以及耦合至對電極的第二終端施加第一偏壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 結(jié)合以下有關(guān)本公開【具體實(shí)施方式】部分的詳細(xì)說明，將有助于更好地理解本公 開，且除上述所列之外的其他特征、方面和優(yōu)勢將更加明晰。該詳細(xì)說明參照以下附圖進(jìn) 行，其中：
[0033] 圖1為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的等距視圖。
[0034] 圖2為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖1所示的設(shè)備或裝置的等距視圖。
[0035] 圖3為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的等距剖視圖。
[0036] 圖4為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圍繞（例如，為圖示方便而部分圍繞） 端帽中的光管或套管而設(shè)置的光^極的等距視圖。
[0037] 圖5為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的局部等距視圖。
[0038] 圖6為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖5所示的設(shè)備或裝置的電氣或終端配 置的分解視圖。 _
[0039] 圖7為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的分解等距視圖。
[0040] 圖8為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖7所示的設(shè)備或裝置的側(cè)視圖。
[0041] 圖9為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖7所示的設(shè)備或裝置的頂視圖。
[0042] 圖10為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖7所示的設(shè)備或裝置的端視圖。
[0043] 圖11為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的局部剖面等距視圖。
[0044] 圖12為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)^例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的局部剖面等距視圖。
[0045] 圖13為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖12所示的設(shè)備或裝置的局部剖面視 圖。 _
[0046] 圖14為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的設(shè)備或裝置的局部剖面視圖。
[0047] 圖15為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的間隔器的等距視圖。
[0048] 圖16為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖15所示的間隔器的出口端視圖。
[0049] 圖17為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖15所示的間隔器的入口端視圖。
[0050] 圖18為根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的圖15所示的間隔器的剖視圖。
[0051] 本公開內(nèi)容接受各種修改和替換方式的同時(shí)，其中的具體實(shí)施方案已通過附圖中 的實(shí)例示出，下文將對其進(jìn)行詳細(xì)描述。例如，附圖中示出的任何數(shù)字、測量和/或尺寸只 做舉例之用。任何符合此中所述目的的數(shù)字、測量或尺寸都可能是可接受的。應(yīng)當(dāng)理解具 體實(shí)施方案的描述并非意在限制本公開，而是涵蓋所有落入本公開精神或范圍內(nèi)的修改、 等同方案或替代形式。

【具體實(shí)施方式】
[0052]除非另有說明，本文所用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員通常理解的相同涵義。盡管在本公開內(nèi)容的實(shí)踐或測試中可以使用與本文所述那些類 似或等同的任何方法和材料，示例方法和材料描述如下。
[0053]在此對多種涉及系統(tǒng)、裝置和設(shè)備（例如，光電催化氧化（PECO)系統(tǒng)、設(shè)備和裝 置）的實(shí)施方案進(jìn)行描述。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備包括和/或設(shè)置于裝置或反應(yīng) 器或大體上獨(dú)立的設(shè)備。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中的設(shè)備或反應(yīng)器包括殼體或容器，該殼 體或容器配置為接收設(shè)備的部件和/或接收、容納和/或循環(huán)液體或水溶液。在多個(gè)不同 的實(shí)施方案中，容器容納至少一個(gè)對電極（例如：陰極）和至少一個(gè)設(shè)置于紫外線光源周圍 的光電極（例如：陽極）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對電極（例如：陰極），光電極（例如： 陽極）以及紫外線光源可設(shè)置在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中，例如管狀或環(huán)形的殼體或容器。在多個(gè)不 同的實(shí)施方案中，促進(jìn)液體或溶液流過光電極和對電極。在各個(gè)實(shí)施方案中，包含或提供一 個(gè)或多個(gè)電源和/或鎮(zhèn)流器，以便為紫外線光源提供動力和/或?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)對電極（例 如：陰極）和光電極（例如：陽極）提供電勢。在各個(gè)實(shí)施方案中，將一個(gè)或多個(gè)電源和/ 或鎮(zhèn)流器電耦合至紫外線光源和/或電極，但將其設(shè)置在容器、殼體或設(shè)備之外。
[0054] -般地，在各個(gè)實(shí)施方案中，所述降低溶液或液體中一種或多種污染物的水平和 數(shù)量的方法包括將溶液導(dǎo)入殼體或容器或單元，包括：紫外線光；光電極（例如：陽極;)，其 中該光電極包括銳鈦礦晶型鈦、金紅石晶型鈦、或二氧化鈦納米多孔膜；以及對電極（例 如：陰極）。在各個(gè)實(shí)施方案中，使用紫外線光照射光電極，在第一時(shí)間段對光電極和對電 極施加第一電勢或偏壓。在各個(gè)實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段對光電極和對電極施加第二電 勢或偏壓。由此，在各個(gè)實(shí)施方案中，溶液中的污染物的水平和數(shù)量得到降低。
[0055]圖1-3示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的示例設(shè)備或裝置100 (如：光電催 化氧化（PECO)設(shè)備或裝置）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備1〇〇包括殼體11〇。根據(jù)其 預(yù)期使用目的，該殼體可由任何適合的材料制成，并可呈任何大小或形狀。在一個(gè)或多個(gè)示 例性實(shí)施方案中，殼體110為模塑的、耐用度高的塑料或聚乙烯，和y或可塑造為對一種或 多種污染物有抵抗作用。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體1〇〇包括至少一個(gè)在第一相對端 130和第二相對端140之間延伸的、大致為環(huán)形、管形（如：方形或矩形管）、圓柱形或圓錐 形的壁或側(cè)壁120(如：管形或圓柱形壁）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體 11〇包括在第 一相對端13〇周圍設(shè)置的第一端組裝構(gòu)件2〇〇和在第二相對端 14〇周圍設(shè)置的第二端組裝 構(gòu)件。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，一個(gè)或兩個(gè)端組裝構(gòu)件200/205限定空腔或其他塑造為 與一個(gè)或兩個(gè)相對端1 3〇/140緊貼配合或接收一個(gè)或兩個(gè)相對端13〇/14〇的特征。然而， 一個(gè)或，個(gè)端組裝構(gòu)件 2〇〇/205可以其他方式（如：螺紋連接，或使端組裝構(gòu)件抵靠或毗鄰 第一和第二相對端）耦合至相對端13〇/14〇和/或壁或側(cè)壁 12〇。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，在一個(gè)或兩個(gè)端組裝構(gòu)件200/205與相對端130/140和/或壁或側(cè)壁 12〇之間設(shè)置密 封裝置（例如：〇型環(huán)）。適于所述設(shè)備用途的替代材料和形狀也同樣可以接受。
[0056]、在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，由殼體110、端組裝構(gòu)件200/205和/或側(cè)壁120限定 一個(gè)或多個(gè)入口或流入孔16〇和/或出口或流出孔170。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，流入和 流出孔160/170總體上由端組裝構(gòu)件200/205限定，且設(shè)置在殼體 n〇的相對端130/14〇 的附近或周圍。然而，流入和流出孔的位置可能會根據(jù)期望的結(jié)果（例如.溶液流過設(shè)備， 對其定時(shí)和/或持續(xù)時(shí)間，其他設(shè)備配置，等等）而變化。例如，流入和流出孔可設(shè)置在一 個(gè)或多個(gè)壁或側(cè)壁上，或設(shè)備端上。此外，流入孔和流出孔的方向（例如：相對于彼此）可 能與附圖所不的不同。例如，流入孔和流出孔可以不是彼此平行。
[0057] 如圖1-3所示，一個(gè)或多個(gè)配件或聯(lián)軸器180可耦合至或附著于由殼體11〇所限 定的入口 160或出口 17〇,或成為其不可分割的一部分（例如：將殼體110或設(shè)備1〇〇與 供應(yīng)或入口管路或軟管、排放或出口管路或軟管、再循環(huán)管路或軟管、或其他管路或軟管奉禹 合、連接或配套）。在實(shí)施方案的一個(gè)和多個(gè)示例中，液體供應(yīng)源管路或軟管和/或廢水管 路或流出管路可為管子、管道或其他用于輸送液體的市售設(shè)備。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中， 配件或聯(lián)軸器180設(shè)置為錐形，以提高與管路、管道或軟管的適配性。然而，可以利用各種 不同的耦合配置（包括但不限于螺旋或快速連接配置）。進(jìn)一步地，根據(jù)預(yù)期使用目的，所 述配件或聯(lián)軸器可由任何合適材料制成，且可呈任何合適的大小或形狀。
[0058] 至少一個(gè)泵（未示出）可選地設(shè)置在殼體的內(nèi)部（即在殼體內(nèi)）或外部，以有助 于促進(jìn)液體或溶液在設(shè)備或設(shè)備系統(tǒng)中的輸送或流動。所述栗也可用于，例如，循環(huán)或再循 環(huán)。
[0059] 參照圖3,在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體110的一個(gè)或多個(gè)壁或側(cè)壁120幫助限 定具有腔壁的至少一個(gè)空腔150。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，端組裝構(gòu)件200/205幫助進(jìn)一 步限定空腔150。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，空腔150大體上或完全地呈環(huán)形、管形、圓柱形 或圓柱形。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，空腔150配置為接收設(shè)備的各個(gè)部件。在多個(gè)不同 的實(shí)施方案中，入口或流入孔160和出口或流出孔170從空腔150穿過殼體110。在多個(gè) 不同的實(shí)施方案中，除入口或流入孔160和出口或流出孔170外，空腔150被密封或大體上 密封（例如：從外部環(huán)境和/或殼體110之外的環(huán)境），以防止各種要素（例如：空氣或氧 氣）進(jìn)入空腔1 5〇和/或防止各種要素（例如：溶液）流出或逸出空腔150,從流入和/或 流出孔160/170通過的除外。需要注意的是，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，通過空腔 150的流 向可以顛倒，溶液可從流出孔170進(jìn)入空腔150以及從流入孔160離開空腔150。
[0060] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備100包括至少一個(gè)光管或套管190。在多個(gè)不同 的實(shí)施方案中，光管或套管190設(shè)置于殼體110內(nèi)（例如：空腔150內(nèi)），并與殼體的壁120 間隔開。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管190在殼體內(nèi)同心且與殼體的壁（例如：圓 柱形壁）1 2〇間隔開。光管或套管可運(yùn)用各種手段以各種方式設(shè)置（例如：可拆卸地耦合） 在殼體內(nèi)。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，如圖4所示，光管或套管190耦合至端蓋215， 并設(shè)置在或插入空腔150內(nèi)，端蓋215至少部分地耦合或可釋放地耦合至和/或接近于相 對端130 (例如：在由第一組裝構(gòu)件200所限定的空腔）。
[0061]參照圖3-4,在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管190配置為發(fā)出、分配或以其 他方式輸送或提供光，以覆蓋一部分、大部分或整個(gè)光管或套管19〇的長度和/或一部分、 大部分或整個(gè)空腔150的長度。
[0062]在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光管或套管190由符合所述目的任何材料組 成。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光管或套管19〇由石英制成。然而，所述套管可為紫 外線透明材料，例如但不限于塑料或玻璃，或?yàn)榘ㄗ贤饩€透明和/或紫外線半透明材料 在內(nèi)的材料組合。
[0063] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管190具有至少一個(gè)壁或側(cè)壁，所述壁或側(cè) 壁包括表面并限定空腔，所述空腔至少部分容納和/或至少部分地配置為接收一個(gè)或多個(gè) 光源和/或光源組件192(例如：紫外線（UV)光源、光或燈）。例如，紫外線光燈泡或燈泡 可以設(shè)置在或插入光管或套管的空腔內(nèi)。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，紫外線光源和/或光 管或套管190設(shè)置在設(shè)備100的空腔ISO中和/或在延伸至空腔 15〇中一段距離，以便紫 外線曝露于光電極21〇 (和/或光電極210曝露于紫外線），根據(jù)所述實(shí)施方案，照射或輻其 表面的一部分或全部。
[0064]根據(jù)各實(shí)施方案，像紫外燈泡這樣的光源設(shè)置在或插入設(shè)于端蓋215中的燈座 中，且可固定于此。紫外燈泡進(jìn)一步耦合或連接（例如：通過燈座），或配置為耦合或連接， 至電源。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，紫外燈泡通過一個(gè)或多個(gè)電纜或電線稱合或連接至一 個(gè)或多個(gè)鎮(zhèn)流器和/或電源。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，將紫外燈泡插入或以其他方式設(shè) 置于殼體110的第一相對端130中，燈泡延伸至至少大部分光管或套管 190。然而,在多個(gè) 不同的實(shí)施方案中，紫外燈泡可延伸至光管或套管190的一部分或完全不延伸至其中。 [00 65]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，紫外光源是一種高輻照度紫外燈泡。在一個(gè)或多個(gè)進(jìn) 一步示例性實(shí)施方案中，紫外燈泡是光發(fā)射范圍為400nm或更小的殺菌紫外燈泡，更優(yōu)選 地范圍為250nm到400nm之間。
[0066]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，紫外光遠(yuǎn)的紫外光波長范圍是大約185到380mm之間。 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光或燈是配置為發(fā)射波長254nm的紫外殺菌光線的低氣 壓汞蒸汽燈。在一個(gè)或多個(gè)替代的示例性實(shí)施方案中，波長為185nm的紫外燈泡可得到有 效利用。也可以利用各種紫外光源，如那些具有殺菌UVC波長（254nm峰值）和黑光UVA波 長（UVA范圍為 3〇0_400nm)的紫外光源。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，最佳光波長（例 如，為促進(jìn)氧化）是305nm。然而，各種近紫外光波長也會有效。這兩種燈會發(fā)出波長可以 激活光電催化的輻射光線。所述殺菌UV和黑光燈隨處可見，可用于即時(shí)PECO設(shè)備的商業(yè) 應(yīng)用。
[0067]在一個(gè)或多個(gè)附加的示例性實(shí)施中，紫外光源或燈配置為發(fā)出照射強(qiáng)度范圍為 l-500mW/cm2的光線。更高的強(qiáng)度可以提升設(shè)備（例如，PECO設(shè)備）的性能。然而，強(qiáng)度過 高會導(dǎo)致系統(tǒng)紫外飽和或紫外淹沒，只會獲得極少或完全不會獲得進(jìn)一步的益處。此最佳 照射值或強(qiáng)度可能會至少部分地依賴于所述燈和一個(gè)或多個(gè)光電極之間的距離。
[0068]可使用國際照明技術(shù)有限公司（皮博迪，馬薩諸塞州）出售的、配置有合適探針的 光度計(jì)，例如Model IL1400A，來測量光電極處的紫外光強(qiáng)度（即輻照度）。示例照射高于 3mW/cm2〇
[0069] 紫外燈典型地具有老化階段。紫外燈還會具有有限的壽命（例如,大約在6000到 10000小時(shí)之間）。紫外燈典型地還會隨著燈壽命的消逝而失去輻照度（例如，10%到40% 的初始燈輻照度）。因此，在設(shè)計(jì)和維持氧化值時(shí)考慮新舊紫外燈的效果會很重要。
[0070] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光源組件設(shè)置在殼體外，殼體包括設(shè)置為透明 或半透明構(gòu)件，該構(gòu)件配置為允許光源組件發(fā)出的紫外光照射光電極。該設(shè)備也可以使用 太陽光代替光源組件或同時(shí)使用太陽光和光源組件實(shí)現(xiàn)其功能。
[0071] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，如圖3和圖4所示，光電極210包括對立表面。 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210被包裹、纏繞或以其他方式設(shè)置在光管或套管190的 表面周圍。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)置（例如，圍繞光管或套管190)光電極210以優(yōu)化 光電極210與光源192(例如，紫外光）和/或管或套管190之間的距離、分隔或間隔。在 多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210緊密牢固地圍繞或抵靠光管或套管190的表面而設(shè)置。 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210耦合（例如，可拆卸地耦合）至光管或套管190。 [0072]出于說明目的，圖4示出了光電極210只是部分地覆蓋套管190。在一個(gè)或多個(gè)示 例性實(shí)施方案中，光電極210(例如，箔光電極）以包裹、纏繞或其他方式設(shè)置于光管或套管 1 9〇的周圍，以便大部分紫外光或輻射（例如，從光管或套管190內(nèi)的紫外光源開始）能夠 指向或以其他方式曝露于光電極210。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210以包裹、纏繞 或其他方式設(shè)置于光管或套管190的周圍，以便相當(dāng)一部分紫外光或輻射曝露與和/或指 向光電極。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210設(shè)置為與光管或套管190比較靠近，以便 反應(yīng)器或設(shè)備100的殼體110內(nèi)或流經(jīng)殼體110的任何體積的溶液有少于一半（例如，相 當(dāng)小的百分比）曝露于直接來自紫外光線或紫外光源的光。
[0073] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210相對于光管或套管190設(shè)置，以便反應(yīng)器或 設(shè)備100的空腔150的大部分體積位于光電極210與壁或側(cè)壁120之間。在多個(gè)不同的實(shí) 施方案中，光電極210相對于光管或套管190設(shè)置，以便反應(yīng)器或設(shè)備100的空腔150的大 部分平均橫斷面面積位于光電極210與壁或側(cè)壁120之間。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光 電極210相對于光管或套管190設(shè)置，以便位于光電極210與壁或側(cè)壁120之間的平均橫 斷面面積大于位于光電極210與光管或套管190之間的平均橫斷面面積。
[0074]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管190的最靠近光電極210的表面和光電極 210的最靠近光管或套管190的表面幫助限定第一橫斷面積，光電極210的對立表面和腔壁 的表面限定第二橫斷面積，其中第一橫斷面積小于第二橫斷面積。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，從最靠近光管或套管190的光電極210表面到最靠近光電極210的光管或套管190表 面的距離小于從光電極210對立表面到最靠近光電極210的腔壁表面的距離。
[0075] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210設(shè)置在光管或套管190的周圍，以便其距離 光管或套管190比距離側(cè)壁120更近（例如，有助于提高或促進(jìn)大部分溶液在光電極210 與側(cè)壁120之間的空間中流動。）在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，最靠近光管或套管190的光電 極210表面到最靠近光電極210的光管或套管190表面的平均距離或間距小于半英寸。在 多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210與光管或套管190之間的平均距離或間距小于八分之 二英寸。
[0076] 然而，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210設(shè)置為距離光管或套管相對更遠(yuǎn)，以 便在反應(yīng)器或設(shè)備的殼體中或流經(jīng)該殼體的任何體積的溶液中有一半或更多曝露于直接 來自紫外光或紫外光源的光線。
[0077] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極相對于光管或套管190設(shè)置，以便反應(yīng)器或設(shè) 備的空腔有大約一半或更少的體積位于光電極與壁或側(cè)壁之間。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，光電極相對于光管或套管設(shè)置，反應(yīng)器或設(shè)備的空腔有大約一半或更少的平均橫斷面 積位于光電極與壁或側(cè)壁之間。。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極相對于光管或套管設(shè) 置，以便光電極與壁或側(cè)壁之間的平均橫斷面積大約等于或小于光電極與光管或套管之間 的平均橫斷面積。
[0078] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管的最靠近光電極的表面和光電極的最靠近 光管或套管的表面幫助限定第一橫斷面積，光電極的對立面表面和腔壁的表面限定第二橫 斷面積，其中第一橫斷面積大于或等于第二橫斷面積。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，從最靠近 光管或套管的光電極表面到最靠近光電極的光管或套管表面的距離約等于或大于從光電 極對立表面到最靠近光電極的腔壁表面的距離。
[0079] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210包括導(dǎo)電支持件和薄膜件。在一個(gè)或多個(gè) 示例性實(shí)施方案中，導(dǎo)電支持件由金屬（例如鈦或Ti)構(gòu)建。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案 中，薄膜件為納米多孔，且包括設(shè)置和/或配置為起到光催化劑作用的二氧化鈦（Ti0 2)薄 層（例如，200-500nm)(例如，Ti02涂層）。在各示例性實(shí)施方案中，薄膜件的平均厚度范圍 為1-2000ηπ^在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，薄膜件的平均厚度范圍為5nm到500nm之 間。
[0080] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，薄膜件設(shè)置在（如，涂覆于或粘附于）導(dǎo)電支持件之 上。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，薄膜件中值孔隙直徑范圍為〇· l-500nm，且由1102納米粒子 構(gòu)建。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，薄膜件中值孔隙直徑范圍為〇.3-25nm。在其他示 例性實(shí)施方案中，薄膜件中值孔隙直徑范圍為0. 3-10mn。
[0081] 在各示例性實(shí)施方案中，薄膜件由穩(wěn)定的分散懸浮物構(gòu)建，所述懸浮物包括中值 初級粒子直徑范圍為l_5〇nm的Ti0 2納米粒子。該納米多孔薄膜也可通過其他方法沉積而 成，例如等離子體、化學(xué)氣相沉積或電化學(xué)氧化。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，110 2納 米粒子的中值初級粒子直徑范圍為〇. 3-5nm。
[0082] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，薄膜件由包括摻雜劑的穩(wěn)定分散懸浮物所構(gòu)建。適合 的摻雜劑實(shí)例包括，但不限于，Pt，Ni，Au，V，Sc，Y，Nb，Ta，F(xiàn)e，Mn，Co, Ru，Rh，P，N和/或碳。
[0083] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述納米多孔薄膜件通過施用其中含有懸浮 的Ti02納米粒子的穩(wěn)定分散懸浮物構(gòu)建。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，Ti0 2納米粒子在300 到1000攝氏度溫度范圍進(jìn)行〇· 5到24小時(shí)的燒結(jié)。示例光電極可通過涂覆鈦金屬箔而 制備。鈦箔性質(zhì)穩(wěn)定，還可用于制造光電極。一個(gè)適合的鈦金屬箱實(shí)例包括15cm X15cm X0.050mm厚度和99. 6+% (按重量）的純鈦金屬箔，該鈦金屬箔可從Goodfellow Corp. (0akdale，Pa.)購買，帶有基于二氧化鈦的金屬氧化物。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，鈦金屬 箔用清潔劑溶液清洗，去離子水漂洗，丙酮漂洗，和/或在350攝氏度的溫度下進(jìn)行四小時(shí) 熱處理，提供退火鈦箔。退火也可在更高溫度，例如500攝氏度下進(jìn)行。
[0084] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，清洗和/或預(yù)處理之后，可對金屬箔進(jìn)行浸涂。例如， 可利用二氧化鈦水性懸浮液以約3. 0mm/秒的抽拉速率對金屬鈦進(jìn)行三到五次浸涂。每次 涂層之后，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，將經(jīng)涂覆的箔風(fēng)干大約1〇到15分鐘，然后在烤爐中 以70到100攝氏度之間的溫度加熱約45分鐘。在施加最后涂層后，在多個(gè)不同的實(shí)施方 案中，涂層的箔在 3〇〇-600攝氏度（例如，300攝氏度、400攝氏度或500攝氏度）的溫度下 以3度/分鐘的變溫速率進(jìn)行4個(gè)小時(shí)的燒結(jié)。該鈦箔可浸泡在二氧化鈦懸浮液中，該二 氧化鈦懸浮液根據(jù)美國專利申請Nos. 11/932, 741andll/932, 519公開的方法合成，其全部 內(nèi)容以引用的方式結(jié)合在本公開中。
[0085] 此外，光電極的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，穩(wěn)定分散的懸浮液通過使異丙氧 基鈦與硝酸在超純水或通過反滲透、離子交換和一個(gè)或多個(gè)活性炭柱凈化的水存在的情況 下反應(yīng)得到。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，導(dǎo)電支持件為退火鈦箔。也可以使用其他導(dǎo)電支 持，例如導(dǎo)電碳或玻璃。在其他各種實(shí)施方案中，光電極由銳鈦礦晶型鈦或金紅石晶型鈦構(gòu) 建。在一個(gè)或多個(gè)光電極的示例性實(shí)施方案中，金紅石晶型鈦通過在300-1000攝氏度溫度 下對銳鈦礦晶型鈦進(jìn)行足夠時(shí)間的加熱構(gòu)造而成。在光電極的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案 中，對銳鈦礦晶型鈦在500到600攝氏度下加熱，以制造金紅石晶型鈦。
[0086] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在鈦支持體生成Ti02層或薄膜后，高溫空氣加熱復(fù)合 電極，由于熱氧化的作用，賦予納米多孔110 2薄膜以晶體結(jié)構(gòu)。通常認(rèn)為即時(shí)二氧化欽在 500攝氏度下加熱時(shí)將轉(zhuǎn)化為晶體金紅石晶型結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步認(rèn)為在300攝氏度下加熱的即 時(shí)二氧化鈦將轉(zhuǎn)化為晶體銳鈦礦晶型結(jié)構(gòu)。在一些PECO應(yīng)用中，金紅石Ti0 2的催化活性大 大高于銳鈦礦Ti02。金紅石Ti02相對某些污染物，如氨而言，其催化活性也大大高于前者。 [0087] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對光電極210進(jìn)行改進(jìn)（例如，提高性能）。在多個(gè)不 同的實(shí)施方案中，改進(jìn)光電極210(例如，鈦箔）以增加光電極210曝露于如紫外光等光的 表面積。例如，可對光電極210進(jìn)行皺化或其他方式的改進(jìn)，如圖3-4所示。作為進(jìn)一步的 示例，光電極可能是波狀的。光電極可包括各種其他有助于優(yōu)化曝露于紫外光的表面和/ 或有助于在液體或溶液中引起涉及光電極的湍流的特征或微特征。
[0088] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210改進(jìn)包括皺化或以其他方式改進(jìn)光電極 210、導(dǎo)電支持件或箔，以在箔表面產(chǎn)生波浪式圖案（例如，規(guī)則波浪式圖案）。在多個(gè)不同 的實(shí)施方案中，起皺"波"的高度大約為1-5_。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，以彼此間 成直角將箔皺化兩次，以便在箔表面生成交叉線（cross-hatched)圖案。
[0089] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210改進(jìn)包括形成或設(shè)置在光電極中的孔或孔 目艮、導(dǎo)電支持件或箔。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，所述孔或孔眼以規(guī)則間距（例如，孔與孔 之間的間距為0. 5cm到3cm之間）形成或設(shè)置。
[0090] 光電極改進(jìn)還可包括各種微特征和/或微結(jié)構(gòu)。根據(jù)各實(shí)施方案，對光電極、導(dǎo)電 支持件或箔的改進(jìn)還可包括各種增加光電極相對表面積和/或提高或促進(jìn)光電極周圍的 湍流的微特征和/或微結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)各實(shí)施方案，這些微特征和/或微結(jié)構(gòu)包括那些在 美國專利申請Nos. 2〇10〇319183和20110089604中公開的微特征和/或微結(jié)構(gòu)，其全部內(nèi) 容以引用方式結(jié)合在本公開中，或包括Hoowaki，LLC(Pendleton, South Carolina)出售的 微特征和/或微結(jié)構(gòu)。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，所述微結(jié)構(gòu)可包括微型孔。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，光電極的改進(jìn)包括在光電極、導(dǎo)電支持件和/或箔上形成納米管（例如，Ti0 2 納米管），例如，如美國專利申請No. 20100269894中公開的那些，該申請全部內(nèi)容通過引用 結(jié)合在本公開中。
[0091] 由于孔、定位、皺化以及其他改進(jìn)，光電極可有助于在流入和/或流過該設(shè)備的溶 液中產(chǎn)生湍流。另外，一個(gè)或多個(gè)孔可使得在光電極210表面上或接近其表面的地方生成 或產(chǎn)生的氧化劑更快更有效地進(jìn)入或以其他方式接觸液體或與液體（例如，水溶液）和/ 或其中的污染物反應(yīng)。
[0092]在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光電極以網(wǎng)狀形式（例如編織網(wǎng)，如40x40的斜 紋編織網(wǎng)或60妨0的荷蘭編織網(wǎng)，或無紡布網(wǎng)）存在。還可使用多個(gè)光電極以提高光電流 和/或氯的生成。
[0093] 再次參照圖3,對電極（例如，陰極）220設(shè)置在壁120和/或殼體限定的空腔150 的腔壁與光電極（例如，光電陽極）210之間。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對電極或陰極材 料220以箔形式存在。然而，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對電極或陰極材料可以金屬絲、金 屬板、圓柱或其他合適的形狀或形式存在。在個(gè)實(shí)施方案中，對電極可被皺化和/或具備其 他特征，以有助于在腔內(nèi)的液體或溶液中引起或加強(qiáng)揣流。
[0094] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，對電極或陰極220包括六1、？丨、11、祖、八11、不銹 鋼、碳和/或其他導(dǎo)電金屬或由其構(gòu)造而成。
[0095] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極210和對電極220由分離器（separator) 230相 互隔開。分離器230可用于或以其他方式設(shè)置為防止短路。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案 中，光電極（例如，陽極）210和對電極（例如，陰極）220被塑料或塑料網(wǎng)狀分離器230隔 開，盡管如此，其他替代形式的分離器（例如，實(shí)現(xiàn)或旨在實(shí)現(xiàn)相同或類似目的的其他介電 材料或其他分離器）也可被接受用于本公開所述的設(shè)備和系統(tǒng)。在給出的示例和其他示例 性實(shí)施方案中，相對于光管或套管190或光源（例如，紫外光源）而言，對電極（例如，陰 極）220放置在或以其他方式設(shè)置在光電極（例如，陽極）210"后面"（即，殼體110或側(cè)壁 120和光電極210之間）。
[0096] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，根據(jù)相關(guān)表面積，對光電極和對電極進(jìn)行位置 ，定可能會很重要。例如，位置設(shè)定在離紫外光更近的較小表面積光電極可比位置設(shè)定在 離紫外光較遠(yuǎn)的較大表面積光電極生成更多的光電流和氯。將光電極或陽極至于中心（例 如，在腔內(nèi)）也可對優(yōu)化或最大化生產(chǎn)率有幫助。同樣，可以利用多個(gè)光電極，以提高光電 流、氧化和氯的生成。
[0097] 如圖3、5和6所示，第一終端和/或終端配置240與第二終端和/或終端設(shè)置250 分別電耦合至光電極210和對電極220。終端240/250配置為接收與終端240 / 250連接 或耦合（例如，電耦合）的電源施加的偏壓、電勢和/或電流。
[0098]示例終端240/250、終端連接以及終端配置如圖3、5和6所示。如圖所示，光電極 210和對電極220各自的終端240/250設(shè)置在端組裝構(gòu)件200 / 205和/或殼體110的相 對端Π 0 / 140周圍和/或附近。然而，在其他實(shí)施方案中，所述終端可以設(shè)置為彼此之間 相距更近。
[00"]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，終端240/250分別電耦合（例如，附著）于對電極/ 陰極22〇和光電極/陽極210 (例如，分別形成正極端子和負(fù)極端子）。終端240/250由導(dǎo) 電材料，例如導(dǎo)電金屬構(gòu)成。一個(gè)或多個(gè)終端240/250可以限定或設(shè)有孔，以易于終端連接 或耦合至電線、電纜或諸如此類。
[0100]如圖3、5和6所示，第一終端配置240包括耦合至光電極210、通過殼體11〇 (例 如，端組裝構(gòu)件）設(shè)置的第一構(gòu)件（例如，鈦螺栓）260。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一構(gòu) 件260可通過電耦合（例如，焊接）至光電極21〇的第二構(gòu)件27〇設(shè)置，且利用第一緊固件 2 8〇,例如六角螺母可拆卸地固定于殼體11〇。如圖3所示,第二終端配置250包括電耦合 至對電極22〇、通過殼體110設(shè)置的第三構(gòu)件 29〇 (例如，鈦螺栓）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，第二構(gòu)件290可通過第四構(gòu)件300設(shè)置或電耦合至第四構(gòu)件300，該第四構(gòu)件 3〇〇電耦 合至對電極220,并利用第二緊固件310,例如六角螺母可拆卸地固定于殼體11〇。在多個(gè)不 同的實(shí)施方案中，第一構(gòu)件由一種或多種抵抗氧化劑（例如，氯、羥基自由基等）的金屬構(gòu) 成。然而，應(yīng)該理解可以采用任何種類的終端配置和使用任何種類的材料和構(gòu)件。例如，第 一和/或第一緊固件可以為翼形螺帽或由另一種材料制造，第一和/或第二構(gòu)件可以是螺 栓、由另一種導(dǎo)電材料制造，等等。 '、
[0101]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，如圖6所示，第一終端配置240的第一構(gòu)件 26〇也通過 設(shè)置在殼體110附近的墊圈320(鈦網(wǎng)墊圈）設(shè)置。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一構(gòu)件 260也通過密封裝置330(例如，設(shè)于殼體外部的橡膠墊圈或襯墊）設(shè)置，以有助于防止溶液 從設(shè)備泄漏或像空氣這樣的成分混入設(shè)備。然而，密封裝置可由任何種類的合適的密封裝 置或密封材料或化合物代替或補(bǔ)充。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第三構(gòu)件也可通過墊圈和 /或密封裝置設(shè)置。
[0102] 還可設(shè)置電源，以向一個(gè)或多個(gè)紫外等供電。還可通過設(shè)置電源或替代電源來向 光電極和對電極之間提供外加電源。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，提高外加電壓會增 加光電流和/或氯的產(chǎn)生。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在光電極和對電極之間施加電壓，有 助于保證光化學(xué)反應(yīng)釋放的電子遠(yuǎn)離或遷離光電極。電源可以是AC或DC電源，且可包括 多種輸出。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，電源為DC電源。優(yōu)選地，電源尺寸較小，耐用 或堅(jiān)固，并提供足夠的電能來運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)紫外燈和/或根據(jù)前述方法向電極提供外加 電壓。
[0103] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，可將一個(gè)或多個(gè)電源連接至啟動或禁止供電的 電源開關(guān)。在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步示例性實(shí)施方案中，電源、紫外燈和/或電極可與可編程 邏輯控制器或其他控制器或電腦連接或通訊，以便有選擇地將電能分配至紫外燈和/或電 極，包括本公開所述的陽極和陰極。
[0104] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)電源位于設(shè)備之外。然而，一個(gè)或多個(gè)電源 也可設(shè)于設(shè)備之內(nèi)。在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，電源可與啟動或禁止供電的電源開 關(guān)連接。在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步示例性實(shí)施方案中，電源、紫外燈和/或電極可與可編程邏輯 控制器或其他控制器或電腦連接或通訊，以便有選擇地將電能分配至紫外燈和/或電極， 包括本公開所述的陽極和陰極。
[0105] 參照圖7-13,圖中示出的是涉及設(shè)備400 (例如，PECO設(shè)備）或裝置的第二示例 性實(shí)施方案。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備400包括殼體410。對于其任一預(yù)期使用目 的，該殼體可由任何適合的材料制成，并可呈任何大小或形狀。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中， 殼體410為模塑的、耐用度高的塑料或聚乙烯，和/或可塑造為對一種或多種污染物有抵抗 作用。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體410具有一個(gè)或多個(gè)在第一和第二相對端430 / 440 之間延伸的側(cè)壁420。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體410大致為環(huán)形、管形、圓柱形或圓錐 形。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體410和/或側(cè)壁4 2〇限定具有腔壁的空腔450。在多 個(gè)不同的實(shí)施方案中，殼體410限定大致為環(huán)形、管形、圓柱形或圓錐形的空腔450。相對 端430 / 440可以改進(jìn)或改造（例如，做成螺紋式的和/或溝槽式的）為幫助將其他部件 或組件（例如，燈泡組件或模塊500和/或電極組件或模塊 6〇0)耦合或可拆卸地耦合和/ 或密封至殼體410。
[0106] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備400(例如，PECO設(shè)備或裝置）包括燈泡組件或模 塊500。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組件500包括燈泡組裝構(gòu)件510、光管或套管 52〇 以及燈座530。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組件500包括燈泡端帽540,以及穿線框或 連接器 555。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管52〇限定配置為接收光源或燈522 (例 如，紫外光源）的空腔。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈座53〇設(shè)置在由燈泡端帽54〇限定 的空腔545中，和/或耦合至燈泡端帽540。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡端帽540耦合 (例如，螺紋連接）至光管或套管520。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組裝構(gòu)件510限定 空腔。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光管或套管520、燈座530以及燈泡端帽540的一部分設(shè) 置在燈泡組裝構(gòu)件510的空腔內(nèi)和/或通過燈泡組裝構(gòu)件510的空腔，且燈泡組裝構(gòu)件耦 合至燈泡端帽540。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組裝構(gòu)件510入口和/或出口 550。在 多個(gè)不同的實(shí)施方案中，管道或其他適配器480設(shè)置在由燈泡組裝構(gòu)件510限定的入口 / 出口。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光源或燈522 (如上所述）設(shè)置在燈座530中和/或耦合 (例如，電耦合）至燈座530,和/或至少部分地容納在光管或套管520中。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，燈泡端帽M0限定孔，通過該孔設(shè)置穿線框或連接器555和/或電耦合至燈座 530和/或光源的接線。
[0107] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備或裝置400還包括電極組件或模塊600。在多個(gè)不 同的實(shí)施方案中，電極組件或模塊600包括終端組裝構(gòu)件610、設(shè)置在光電極630(如上所 述）周圍、其間設(shè)置有分離器（separator) 625(如上所述）的對電極620(如上所述）、輔合 至光電極630的第一終端640、以及耦合至對電極620的第二終端650。在多個(gè)不同的實(shí)施 方案中，對電極 62〇設(shè)置在光電極63〇的周圍和/或外部。終端M0 / 650中的每一個(gè)耦 合至和/或配置為接收電壓、電勢或偏壓。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，終端640 / 650、和 /或至少一部分光電極63〇、分離器以及對電極620設(shè)置在由終端組裝構(gòu)件610限定的第 一空腔或容積中。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，終端組裝構(gòu)件610限定第二空腔或容積660， 該第二空腔或容積660通過分隔墻6?至少部分地與第一容積隔離開。終端組裝構(gòu)件 610 還可在一端耦合至終端端帽670。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，可利用第二容積660至少部 分地容納接線，所述接線耦合至通過分隔墻665中的一個(gè)或多個(gè)孔設(shè)置的終端組件（未示 出）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對終端組件和通過其設(shè)置組件的孔進(jìn)行密封，以防止各種 不想要的或其他要素從分隔墻665中的孔進(jìn)入或排出。
[0108] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，終端端帽670限定設(shè)置為接收的孔，通過該孔設(shè)置穿 線框或連接器55δ和/或電耦合至一個(gè)或多個(gè)終端640 / 650的接線。在多個(gè)不同的實(shí)施 方案中，終端組裝構(gòu)件610限定入口和/或出口。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在由終端組裝 構(gòu)件610限定的入口 /出口中設(shè)置管道或其他適配器480。
[0109] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組件500在殼體410的第一相對端440大體上設(shè) 置在或耦合至殼體410。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，電極組件600在或通過殼體410的第二 相對端4 3〇設(shè)置在殼體410內(nèi)，以便光電極630至少部分地設(shè)置在燈泡組件5〇〇的光管或 套管5 2〇的周圍。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，燈泡組件500和電極組件600可以多種方式 耦合至殼體410。例如，一個(gè)或多個(gè)組件可螺旋連接到殼體410的螺紋或溝槽上。
[0110] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光電極63〇設(shè)置在光管或套管520周圍。在多個(gè) 不同的實(shí)施方案中，設(shè)置（例如，圍繞光管或套管520)光電極210以優(yōu)化（例如，最小化） 光電極630與紫外光和/或管或套管520之間的距離或間隔。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中， 光電極630緊密地圍繞或靠近光管或套管520的表面而設(shè)置。 I
[0111] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，光電極630(例如，箔光電極）設(shè)置在光管或套 管520的周圍，以便大部分紫外光（例如，從光管或套管52〇內(nèi)的紫外光源開始）能夠指向 或以其他方式曝露于光電極630。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極630設(shè)置在光管或套管 520的周圍，以便相當(dāng)一部分紫外光曝露于和/或指向光電極630。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，光電極 63〇設(shè)置為與光管或套管520比較靠近，以便反應(yīng)器或設(shè)備4〇〇的殼體420內(nèi)或 流經(jīng)殼體420的任何體積的溶液有少于一半（例如，相當(dāng)小的百分比）曝露于直接來自紫 外光或紫外光源的光線。
[0112] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極630相對于光管或套管520設(shè)置，以便反應(yīng)器或 設(shè)備400的空腔450的大部分體積位于光電極630與壁或側(cè)壁420之間。在多個(gè)不同的實(shí) 施方案中，光電極630相對于光管或套管520設(shè)置，以便空腔450的大部分平均橫斷面積位 于光電極630與壁或側(cè)壁420之間。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極630相對于光管或 套管520設(shè)置，以便位于光電極630與壁或側(cè)壁420之間的平均橫斷面積大于位于光電極 630與光管或套管520之間的平均橫斷面面積。
[0113] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極630設(shè)置在光管或套管520的周圍，以便其距離 光管或套管520比距離側(cè)壁420更近（例如,有助于提高或促進(jìn)在光電極630與側(cè)壁420之 間的空間中的大部分溶液的流動）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，最靠近光管或套管520的光 電極630表面到最靠近光電極630的光管或套管520表面的平均距離或間距小于半英寸。 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極630與光管或套管520之間的平均距離或間距小于八分 之三英寸。
[0114] 然而，如圖14所示，光電極630可與光管或套管520相互間隔開。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，光電極630設(shè)置為距離光管或套管520相對更遠(yuǎn)，以便在反應(yīng)器或設(shè)備的殼體 中或流經(jīng)該殼體的任何體積的溶液中有一半或更多曝露于直接來自紫外光或紫外光源的 光線。
[0115] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極相對于光管或套管520設(shè)置，以便反應(yīng)器或設(shè) 備的空腔有大約一半或更少的體積位于光電極630與壁或側(cè)壁420之間。在多個(gè)不同的實(shí) 施方案中，光電極630相對于光管或套管520設(shè)置，以便反應(yīng)器或設(shè)備400的空腔有大約一 半或更少的平均橫斷面積位于光電極630與壁或側(cè)壁420之間。在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，光電極630相對于光管或套管520設(shè)置，以便光電極630與壁或側(cè)壁4 2〇之間的平均橫 斷面積約等于或小于光電極63〇與光管或套管52〇之間的平均橫斷面積。在多個(gè)不同的實(shí) 施方案中，光管或套管 52〇的最靠近光電極63〇的表面和光電極630的最靠近光管或套管 520的表面幫助限定第一橫斷面積，光電極630的對立表面和腔壁的表面限定第二橫斷面 積，其中第一橫斷面積大于或等于第二橫斷面積。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，從最靠近光管 或套管520的光電極6 3〇表面到最靠近光電極63〇的光管或套管52〇表面的距離大于從光 電極630的對立表面到最靠近光電極630的腔壁表面的距離。
[0116] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，電極組件6〇〇還包括間隔器（spacer) 7〇0。關(guān)于該間隔 器的示例如圖15-18所示。從圖15-18可以看出，間隔器700包括入口端、出口端、以及從 入口端延伸至出口端的縱軸。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，間隔器 700分為兩個(gè)同心部分：夕卜 圍同心部分730和軸向同心部分740。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，外圍同心部分730通過一 個(gè)或多個(gè)分隔器7 5〇耦合至軸向同心部分。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，分隔器750和外圍 同心部分73〇和軸向同心部分740形成通道 76〇,溶液可以通過該通道流動（例如，從入口 端Π 0到出口端720,或從出口端720到入口端710)。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，一個(gè)或多 個(gè)分隔器（divider) 750相對于間隔器700的縱軸成一角度。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，一 個(gè)或多個(gè)分隔器75〇具有從入口端到出口端的交替或變化的橫斷面形狀。在多個(gè)不同的實(shí) 施^案中，槽 77〇(例如，同心槽）由間隔器700的外圍同心部分的出口側(cè)720限定或以其 他方式設(shè)置在出口側(cè)720中。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，凸緣770(例如，同心凸緣）幫助 限定槽770。
[0117]參照圖14,在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，間隔器700的軸向同心部分配置為接收光 管或套管。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，由間隔器700的外圍同心部分的出口側(cè)限定的槽配 置為接收光電極620的一部分或一邊。然而，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，由間隔器 700的外 圍同心部分的出口側(cè)限定的槽配置為接收光電極620的一部分或一邊以及分離器625的一 部分或一邊。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，對電極630設(shè)置在所述凸緣的外側(cè)的周圍。在多 個(gè)不同的實(shí)施方案中，分離器也設(shè)置在所述凸緣的外側(cè)的周圍（例如，夾在凸緣和對電極 之間）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，間隔器的凸緣配置為幫助隔開至少一部分光電極620和 對電極630 (例如，防止在電極組件邊緣附近的短路或電弧作用），并以其他方式防止至少 一部分光電極620和/或?qū)﹄姌O630彎曲、被損壞或遭受其他形式的損傷。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)分隔器配置為，當(dāng)溶液經(jīng)過通道和/或設(shè)備時(shí)，引導(dǎo)、改變方向、混 合、攪動或以其他方式影響溶液。例如，分隔器可以幫助在光電極620和光管或套管520之 間制造螺旋的溶液流動。該混合或流動可能具有多方面的優(yōu)勢。例如，該混合或流動可以 幫助將設(shè)備產(chǎn)生的氧化劑混合到溶液中。另一個(gè)示例是，該混合或流動會增加溶液（即使 是中流速的溶液）在設(shè)備的空腔中的駐留時(shí)間。需要注意的是，盡管圖示中的間隔器接近 電極組件的一端，可以沿光電極620和/或光管或套管520的任何位置使用它或任何數(shù)量 的間隔器或改進(jìn)的間隔器（例如，不帶有凸緣或槽的間隔器）。
[0118]再次參照圖7-11,如圖所示，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，裝置或設(shè)備400包括殼 體或控制箱700。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱700可容納裝置或設(shè)備400的各種部 件。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱700容納一個(gè)或多個(gè)電源。在多個(gè)不同的實(shí)施 方案中，控制箱700容納一個(gè)或多個(gè)可用于操作裝置或設(shè)備及其部件的控件、電路或開關(guān)。 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱700包括一個(gè)或多個(gè)電路（例如，Η電路）、開關(guān)（例如， MOSFET)或其他用于使電勢或偏壓反向穿過光電極630和/或?qū)﹄姌O620。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，控制箱7〇0包括使得控制箱700內(nèi)容納的部件易于接觸的門或其他部件或孔。 控制箱700可配備鎖和/或把手或其他硬件。
[0119] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱700包括或限定第一連接器720。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，控制箱700包括或限定第二連接器710。例如，一個(gè)或多個(gè)連接器710 / 720 可耦合至控制箱700或穿過控制箱700而設(shè)置，以使得控制箱700的內(nèi)部組件電耦合至設(shè) 置于控制箱7〇〇之外的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備或裝置400組件。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中， 控制箱700包括或限定至少一個(gè)連接器 710,通過該連接器π〇,對連接線進(jìn)行或可能進(jìn)行 設(shè)置或耦合，以將設(shè)備或裝置400內(nèi)的電極620 / 63〇電耦合至一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在控制箱 700中的電源。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，電源、開關(guān)或其他這樣的設(shè)備容納于控制箱 700 中，且被點(diǎn)連接或耦合至裝置400的部件（例如，光電極、對電極和/或終端）。在一個(gè)或多 個(gè)示例性實(shí)施方案中，提高施加的電壓（例如，至電極可能會增加光電流和氣的產(chǎn)生。
[0120] 電源和/或至少一個(gè)鎮(zhèn)流器可設(shè)置于控制箱700中，以向紫外燈和/或燈泡組件 500供電。所述控制箱700中的一個(gè)或多個(gè)電源可以是AC或DC電源，且可包括多種輸出。 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，電源為DC電源。所述電源可為可以安裝至控制箱700的 可安裝電源。優(yōu)選地，該電源尺寸較小，耐用或堅(jiān)固，并提供足夠的電能來運(yùn)行至少一個(gè)包 括在裝置中的紫外燈，和/或根據(jù)所述方法向電極施加電壓或偏壓。
[0121] 電源或附加電源可通過，例如與終端之間的電纜連接，連接至上文所述的電極的 終端，以向電極提供如前述方法所述的電流、電勢、電壓或偏壓。
[0122] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱包括一個(gè)或多個(gè)視覺顯示器。例如，在多個(gè)不同 的實(shí)施方案中，控制箱包括電壓顯示器730。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，控制箱包括電流顯 示器740。一個(gè)或多個(gè)所述顯示器還可顯示其他信息。進(jìn)一步地，一個(gè)或多個(gè)顯示器可顯示 實(shí)時(shí)信息。
[0123] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，所述設(shè)備還可包括恒電位儀，以及與恒電位儀電通訊 的參比電極。在一個(gè)或多個(gè)不例性實(shí)施方案中，該設(shè)備進(jìn)一步包括參比電極和電壓控制設(shè) 備，例如恒電位儀，適用于參比電極和光電極之間的電壓或恒定電流。在多個(gè)不同的實(shí)施方 案中，殼體構(gòu)件配置為容納參比電極。
[0124] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，設(shè)備進(jìn)一步包括連接恒電位儀和參比電極的半 微量鹽橋構(gòu)件，其中殼體110構(gòu)件配置為容納該鹽橋。
[0125] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，參比電極由銀構(gòu)成，且成電線形狀。
[0126] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，相對于飽和甘汞參比電極，光電極上的電勢由 恒電位儀，例如EG&G Model6310保持恒定。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，恒電位儀通過半微 量鹽橋，例如EG&G出售的Model K0065,連接至參比電極。該鹽橋可設(shè)置在靠近光電極的反 應(yīng)器內(nèi)?？蓪νㄟ^PECO設(shè)備的電流進(jìn)行測量。
[0127] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，即使恒電位儀是一種能夠測量兩電極之間電壓的可變 電流源。恒電位儀可以實(shí)現(xiàn)很多種電化學(xué)功能，但兩個(gè)示例功能模式為恒定電流和恒定電 壓。在恒定電流模式中，恒定電位儀向電極供應(yīng)用戶指定的或預(yù)先確定的電流。在恒定電 壓模式中，其在監(jiān)控電壓的同時(shí)向電極供應(yīng)電流。因此它可以持續(xù)調(diào)節(jié)電流，以便電壓在用 戶指定的數(shù)值保持恒定。恒電位儀還可以配置為提供脈沖。
[0128] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，還可以設(shè)置溫度探針。該溫度探針可定位在容 器和/或內(nèi)箱中。該溫度探針可以監(jiān)控容器或箱內(nèi)的溫度或容器或箱內(nèi)的液體的溫度，并 傳播該溫度讀取。進(jìn)一步地，溫度探針可與切斷開關(guān)或閥門通訊，該切斷開關(guān)或閥門配置為 在達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)。
[0129] 在一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案中，設(shè)備包括配置為過濾水中的氯的碳過濾器。在 多個(gè)不同的實(shí)施方案中，設(shè)備包括電腦，該電腦配置為發(fā)送一個(gè)或多個(gè)控制信號至現(xiàn)有電 源，引起電壓和電流變動。
[0130] 在實(shí)施前述示例性實(shí)施方案時(shí),受污染的液體，例如污染水，可被泵送至或以其他 方式置于或引入殼體或容器中。所述水可在殼體或容器中循環(huán)和/或再循環(huán)。可將多個(gè)裝 置或反應(yīng)器連接并串聯(lián)操作，這會導(dǎo)致反應(yīng)器或設(shè)備中污染液體的空間和時(shí)間的增加。在 多個(gè)不同的實(shí)施方案中，處理完成后，水離開殼體或容器，準(zhǔn)備使用，或在該設(shè)備、其他設(shè)備 或設(shè)備系統(tǒng)中循環(huán)或再循環(huán)，以進(jìn)一步處理或凈化。
[0131] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，操作時(shí)，用具有足夠近紫外能量的光照射Ti02光催化 劑，以生成提高陽極表面化合物氧化的反應(yīng)電子和空穴。
[0132] 任何溫度的水溶液或液態(tài)水都適用于示例性實(shí)施方案中的設(shè)備，如即時(shí)PECO設(shè) 備。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，溶液或水的濁度相當(dāng)?shù)?，以便能夠允許足夠的紫外光來照射 光電極。
[0133] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，通過向光電極和對電極施加電勢（即偏壓）來提高光 催化效率。施加電勢會降低光生電子和空穴的復(fù)合率。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，電源配 置為向光電極和對電極施加4V到12V之間的電勢。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，電源適配為 在光電極和對電極間生成1· 2V到3· 5V范圍之間的電勢（或者，〇到2. 3V對參比電極）。
[0134] 對于各種應(yīng)用，包括水力壓裂液或高鹽度應(yīng)用，逆轉(zhuǎn)（例如，定期地或間歇地）施 加于光電極和對電極或施加于光電極和對電極之間的電勢、偏壓、極性和/或電流（例如， 清洗光電極和/或?qū)﹄姌O，或以其他方式提高光電極、對電極或設(shè)備的性能）具有很大吸引 力。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，通過逆轉(zhuǎn)電勢、偏壓、極性和/或電流，光電極（例如，從陽 極）變?yōu)殛帢O，對電極（例如，從陰極）變?yōu)殛枠O。
[0135] 例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，最初的正電壓電連接至正電荷電極，負(fù)電壓電連 接至負(fù)電荷電極。經(jīng)過第一時(shí)間段后，正電壓電連接至負(fù)電荷電極，負(fù)電壓電連接至正電荷 電極。經(jīng)過第二時(shí)間段后，正電壓電連接回正電荷電極，負(fù)電壓電連接回負(fù)電荷電極。該逆 轉(zhuǎn)過程可根據(jù)需要或意愿重復(fù)進(jìn)行。
[0136] 第一時(shí)間段和第二時(shí)間段的長度可以相同。然而，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一 時(shí)間段和第二時(shí)間段的長度不同。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一時(shí)間段比第二時(shí)間段長。 [0 137]第一時(shí)間段和第二時(shí)間段的長度取決于多種因素，包括鹽度、應(yīng)用、電壓的等。例 如，水力壓裂液或高鹽度液體應(yīng)用，與淡水應(yīng)用相比，可能需要更頻繁的電勢、偏壓、極性和 /或電流的逆轉(zhuǎn)。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一時(shí)間段相對于第二時(shí)間的長度比可能為 3:1到 5〇: 1，在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施方案中為3: i到25: i，在一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施 方案中為3:1到7:1。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，第一時(shí)間段和第二時(shí)間段為大約5 分鐘到大約1分鐘。淡水應(yīng)用可能需要較不頻繁的電勢、偏壓、極性和/或電流的逆轉(zhuǎn)，且 第一時(shí)間段相對于第二時(shí)間的長度比可能為100:1到10:1。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案 中，第一時(shí)間段和第二時(shí)間段為大約60分鐘到大約1-5分鐘的范圍。
[0138]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，光電極和對電極之間施加的電壓在正常電勢的第一時(shí) 間段和反向電勢的第二時(shí)間段期間可能不會改變。例如，在多個(gè)不同的實(shí)施方案中（例 如，其中光電極包括鈦，且所述設(shè)備和/或方法適配為處理水力壓裂或其他高鹽度溶液）， 在第一時(shí)間段施加的電壓可能低于 9V(例如，大約7. 5V)，在第二時(shí)間段施加的電壓可能低 于9、V(例如，大約L5V)。在其他在多個(gè)不同的實(shí)施方案中（例如，其中光電極包括鈦，且 所述設(shè)備和/或方法適配為處理淡水），在第一時(shí)間段施加的電壓可能高于 9V(例如，大約 12V)，在第二時(shí)間段施加的電壓可能高于9V(例如，大約12V)。 '
[0139]，持第一時(shí)間段和第二時(shí)間段期間的電壓可有助于維持和/或釋放光電極，以使 其更加有效地通過第一時(shí)間段期間的光電催化氧化來去除污染物。然而，將每個(gè)時(shí)間段的 電壓位置在9V以下會在第二時(shí)間段期間去除污染物時(shí)引起瞬時(shí)擾動。由于多種原因，（例 如二為了最小化任何此類波動和/或產(chǎn)生電沉淀和/或電凝聚），在多個(gè)不同的實(shí)施方案中， 在第一時(shí)間段和第二時(shí)間段施加更高的電壓（例如，大于g V的電壓）會很有益處。在多個(gè) 不同的實(shí)施方案中，施加更高的電壓有助于在第二時(shí)間段促進(jìn)電化學(xué)過程，例如電沉淀和/ 凝聚，這一過程有助于最小化在第二時(shí)間段去除污染物時(shí)的任何擾動，同時(shí)帶來該過 程的優(yōu)勢和益處。
[OMO] +在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，調(diào)整電壓，以控制電極的溶解速率。在各示例性實(shí)施方 案土，在第一時(shí)間段施加的電壓可能高于gV (例如，12V左右），在第二時(shí)間段施加的電壓可 能高于9V(例如，12V左右）。更高的電壓可在某些方面優(yōu)化設(shè)備的效果。更高的電壓還 可在溶液內(nèi)或從溶液中導(dǎo)致污染物的電沉淀或電凝聚。然而，如此高的電壓也可能導(dǎo)致陽 極溶解，例如點(diǎn)蝕或其他光電極和/或?qū)﹄姌O降解，這將需要 PE⑶設(shè)備提供更頻繁的服務(wù) (例如，替換光電極（例如，箔）和對電極）。
[0141]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第一時(shí)間段施加較低的電壓和在第二時(shí)間段施加較 尚的電壓會很有益處（例如，限制任何陽極溶解，或點(diǎn)蝕或其他形式的光電極降解）。在多 個(gè)不同的實(shí)施方案中，例如在使用包括鈦的光電極和對電極的水力壓裂液應(yīng)用中，第一時(shí) 間段施加的電壓可f低于9V (如，7. 5V左右），第二時(shí)間段施加的電壓可以高于9V(例如， 在水力壓裂液或更高鹽度的應(yīng)用中為12V左右，在淡水應(yīng)用中為14V左右）。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，在第一時(shí)間段施加較低的電壓時(shí)，污染物通過光電催化氧化被分解（或促進(jìn) 了污染物的去除），在第二時(shí)間段施加較高的電壓時(shí)，污染物通過電化學(xué)過程，如電沉淀和 /或電沉積被分解（或促進(jìn)了污染物的去除）。
[014 2 ]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段期間，對電極或鈦犧牲電極的溶解至少 部分地通過陽極溶解實(shí)現(xiàn)。通常認(rèn)為生成了（例如，通過消耗對電極的電解氧化）一系列 凝聚劑類氫氧化物，該氫氧化物有助于動搖和凝聚懸浮顆?；虺恋砗?或吸收溶解的污染 物。
[0143]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第一時(shí)間段施加較高的電壓和在第二時(shí)間段施加較 低的電壓很有益處。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第一時(shí)間段施加的電壓大于9V(例如， 12V左右），在第二時(shí)間段施加的電壓小于9V(例如，7. 5V左右）。
[0144] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段（例如，極性變換期間）期間發(fā)生在對電 極或犧牲電極的主反應(yīng)為溶解：
[0145] TI(S) - Ti4++4e-
[0146] 此外，水在對電極（或犧牲電極）和光電極處被電解：
[0147] 2H20+2e - H2 (g) +20ΙΓ (陰極反應(yīng)）
[0148] 2H20 - 4H++02 (g) +4e-(陽極反應(yīng)）
[0149] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，金屬離子（Men+)的電化學(xué)還原發(fā)生在光電極表面：
[0150] Men++ne- - nMe0
[0151] 更髙氧化的金屬化合物（例如，Cr(VI))也可以在光電極附近被還原（例如，還原 為 Cr(III)):
[0152] Cr2072"+6e'+7H20 ^ 2Cr3++140H'
[0153] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，形成在光電極的氫氧離子提高了溶液的PH值，這引起 金屬離子沉淀為對應(yīng)的氫氧化物以及與金屬（例如鈦）氫氧化物共同沉淀：
[0154] Men++nOiT - Me (OH) n(s)
[0155] 此外，陽極金屬離子與生成的氫氧離子在溶液中反應(yīng)，形成各種氫氧化物，并組合 為聚合物：
[0156] Ti4++40IT - Ti(〇H)4(s)
[0157] nTi (OH) 4(s) ^ Tin (OH) 4n(s)
[0158] 然而，基于溶液的pH值，也可能存在其他離子種類。懸浮氫氧化鈦可以利用吸附 作用、共同沉淀或靜電吸引、以及凝聚作用將污染物從溶液中去除。
[0159] 對于電解池中的具體電流，理論上從對電極或犧牲電極溶解的金屬（如鈦）質(zhì)量 由法拉第定律量化
[0160] m = ItM
[0161] zF
[0162] 其中m為溶解的對電極或犧牲電極材料數(shù)量（g)，I為電流（A)，t是電解時(shí)間（s)， Μ是具體分子重量（g m〇r)，z是反應(yīng)中涉及的電子數(shù)量，F(xiàn)是法拉第常數(shù)（96485.34As mor1)。進(jìn)化后的氫和生成的氫氧離子的質(zhì)量也可計(jì)算在內(nèi)。
[0163]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第一時(shí)間段施加一定的電壓（例如，較高的電壓） 和在第二時(shí)間段施加不同的電壓（例如，較低的電壓）會很有益處（例如，限制任何陽極 溶解，或點(diǎn)蝕或其他形式的光電極分解）。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中（例如，在使用包括鋁 的對電極的水力壓裂液應(yīng)用中），在第一時(shí)間段施加的電壓可以約為6V到9V(如，7. 5V左 右），在第二時(shí)間段施加的電壓可以為0.6V到12V。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第一時(shí)間 段施加較高的電壓時(shí)，污染物通過光電催化氧化被分解（或促進(jìn)了污染物的去除），在第二 時(shí)間段施加較低的電壓時(shí)，污染物通過電化學(xué)過程，如電沉淀和/或電凝聚被分解（或促進(jìn) 了污染物的去除）。
[0164] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段，鋁對電極或犧牲電極的溶解至少部分 地通過陽極溶解實(shí)現(xiàn)。通常認(rèn)為生成了（例如，通過消耗對電極的電解氧化）一系列凝聚 劑類氫氧化物，該氫氧化物有助于動搖和凝聚懸浮顆?；虺恋砗?或吸收溶解的污染物。 [0165]在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段（例如，極性變換期間）在對電極或犧牲 電極發(fā)生的主反應(yīng)為溶解：
[0166] Al(s) ^ Al3++3e'
[0167] 此外，水在對電極（或犧牲電極）和光電極處電解：
[0168] 2H20+2e - H2 (g)+20ΙΓ (陰極反應(yīng)）
[0169] 2H20 - 4H++02 (g) +4e_ (陽極反應(yīng)）
[0170] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在光電極表面發(fā)生金屬離子（Men+)的電化學(xué)還原：
[0171] Men++ne_ - nMe。
[0172] 更高氧化的金屬化合物（例如，Cr (VI))也可能在光電極附近被還原（例如，還原 為 Cr(III)):
[0173] Cr2072 +6e +7H20 - 2Cr3++140H
[0174] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，在光電極形成的氫氧離子提高了溶液的pH值，這誘導(dǎo) 金屬離子沉淀為對應(yīng)的氫氧化物以及與金屬（例如鋁）氫氧化物共同沉淀：
[0175] Men++nOH - Me (OH) n(s)
[0176] 此外，陽極金屬離子與生成的氫氧離子在溶液中反應(yīng)，形成各種氫氧化物，并組合 為聚合物：
[0177] Al3++30ff - A1(0H)3(s)
[0178] ηΑΙ (0Η)3ω- - Α1η(0Η)3ηω
[0179] 然而，基于溶液的pH值，也可能存在其他離子種類，例如：溶解的Α1(〇Η)2+、 Al2 (OH) 24+和A1 (OH) 4_。懸浮氫氧化鋁可以利用吸附作用、共同沉淀或靜電吸引、以及凝聚作 用將污染物從溶液中去除。
[0180] 對于電解池中的具體電流，理論上從對電極或犧牲電極溶解的金屬（如鋁）質(zhì)量 由法拉第定律量化
[0181] m = ItM
[0182] zF
[0183] 其中m為溶解的對電極或犧牲電極材料數(shù)量（g), I為電流（A)，t是電解時(shí)間（s), Μ是具體分子重量（g mol1)，z是反應(yīng)中涉及的電子數(shù)量，F(xiàn)是法拉第常數(shù)（96485. 34As πιοΓ)。進(jìn)化形成的氫和生成的氫氧離子的質(zhì)量也可計(jì)算在內(nèi)。
[0184] 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案，本發(fā)明針對處理含有一種或多種污染物的水溶 液以去除或降低污染物數(shù)量的方法。根據(jù)各實(shí)施方案，該方法包括：提供一種水溶液，該溶 液包含至少一種選自有機(jī)體、有機(jī)化學(xué)物質(zhì)、無機(jī)化學(xué)物質(zhì)、及其組合的污染物，并將該水 溶液曝露于光電催化氧化。
[0185] 根據(jù)所述設(shè)備的應(yīng)用的一個(gè)實(shí)施方案，該設(shè)備使用光電催化作為水力壓裂液的處 理方法。雖然本公開中只是典型地將其描述為降低或去除水力壓裂液中的污染物，本領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解通過使用設(shè)備（例如，光電催化氧化或PECO設(shè)備）同樣可以實(shí)現(xiàn)對其他 污染物的光電催化。
[0186] 一般地，所述減少溶液或液體中污染物數(shù)量的方法包括將溶液導(dǎo)入殼體或容器或 單元，包括：紫外光；光電極，其中該光電極包括銳鈦礦晶型鈦、金紅石晶型鈦、或二氧化鈦 納米多孔I吳；以及陰極。使用紫外光照射光電極，在第一時(shí)間段對光電極和對電極施加第一 電勢。在各個(gè)實(shí)施方案中，在第二時(shí)間段對光電極和對電極施加第二電勢。由此，溶液中的 污染物數(shù)量得以降低。
[0187] 在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，一種或多種污染物由光電極產(chǎn)生的自由基氧化，其中 一種或多種污染物被以電化學(xué)的方式（例如，通過電沉淀或電凝聚）改變。在多個(gè)不同的 實(shí)施方案中，由光電極產(chǎn)生的氯原子對一種或多種污染物進(jìn)行氧化。在多個(gè)不同的實(shí)施方 案中，以電化學(xué)的方式（例如，通過電沉淀或電凝聚）改變一種或多種污染物。
[0188] 在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述設(shè)備和方法利用光電催化氧化，其中光催化陽極 與對電極結(jié)合形成電解池。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，當(dāng)即時(shí)陽極被紫外光照射時(shí)，其表面 變得高度氧化。通過對變量的控制，包括但不限于，氯化物濃度、光強(qiáng)度、pH和施加的電壓， 被輻射的或施加偏壓的Ti0 2復(fù)合光電極可有選擇地氧化與表面接觸的污染物，生成具有較 小危害的氣體或其他化合物。在多個(gè)不同的實(shí)施方案中，通過向光電極施加電勢，對氧化產(chǎn) 物提供進(jìn)一步的控制。周期性或間歇性的電勢變換可有助于進(jìn)一步去除或降低污染物數(shù) 量。
[0189]前述裝置和方法帶來諸多優(yōu)勢。該設(shè)備可設(shè)置在便攜式容器中，允許就地凈化水 和溶液。進(jìn)一步地，該設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要很容易地與其他設(shè)備結(jié)合。而且， 該設(shè)備易于制造，包括簡單的電連接。在所述裝置中，陰極位于陽極后面，遠(yuǎn)離水流的沖刷， 降低或限制規(guī)模累積。此外，設(shè)置在對電極和光電極之間的間隔器或分隔器減少由于電極 的接觸或接近造成的短路。根據(jù)上述描述或相關(guān)附圖，這些以及其他的優(yōu)勢已很明顯。 [0 190] 本公開使用的詞語"近似"、"大約"、"大體上"以及類似詞匯具有與本公開主題所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員常見或接受的用法一致的廣義含義。閱讀本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該 理解這些詞語旨在對說明和要求保護(hù)的某些特征進(jìn)行描述，而非將這些特征的范圍限制在 所提供的精確數(shù)值范圍內(nèi)。相應(yīng)地，這些術(shù)語應(yīng)理解為，其表明了對說明和要求保護(hù)的主題 的所做的非實(shí)質(zhì)性或不重要的修改或改變被認(rèn)為屬于所附權(quán)利要求中限定的發(fā)明范圍。
[0191] 需要注意的是本說明書中對相對位置的提及僅用于認(rèn)定附圖中指定位置的各種 要素。需要認(rèn)識到具體部件的方向定位可能會隨著其參與使用的應(yīng)用而有很大差異。
[0192] 基于本公開的目的,術(shù)語"耦合"的意思是兩個(gè)構(gòu)件直接或間接地彼此連接。此連 接性質(zhì)上可以是靜態(tài)或動態(tài)。此連接可以通過兩個(gè)構(gòu)件或兩個(gè)構(gòu)件與任何附加中間件彼此 之間形成不可分割的單一整殼體，或通過兩個(gè)構(gòu)件或兩個(gè)構(gòu)件與任何附加中間件之間彼此 附著實(shí)現(xiàn)。這樣的連接本質(zhì)上可以是固定不變的，或是可拆卸的或可釋放的。
[0193] 還需要強(qiáng)調(diào)的是各示例性實(shí)施方案中所示的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的構(gòu)建和安排只做 說明之用。盡管本公開中只對一些實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，閱讀本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人 員將很容易明白，可以在并未實(shí)質(zhì)性地偏離關(guān)于本公開所涉及主題的新穎教導(dǎo)和優(yōu)勢情況 下做出很多修改（例如，大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和各要素之間的比例、參數(shù)值、安裝設(shè)置、使 用材料、顏色、方向等的變化）。例如，所示完整形成的要素可以由多個(gè)部件構(gòu)成，或所示包 括多個(gè)部件的要素可以形成完整的整體，界面操作可以逆轉(zhuǎn)或以其他方式改變，結(jié)構(gòu)和/ 或構(gòu)件或連接器或其他系統(tǒng)要素的長度或?qū)挾瓤梢愿淖儯O(shè)置在要素之間的調(diào)整位置的性 質(zhì)或數(shù)量可以改變（例如，通過改變銜接槽的數(shù)量或銜接槽的大小或銜接類型）。根據(jù)替代 實(shí)施方案，任何過程或方法步驟的順序或次序都可以改變或重新排序。在不偏離本發(fā)明精 神和范圍的情況下，可以對所述各示例性實(shí)施方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施條件和安排做出其他的替 換、修改、改變或刪減。
[0194] 在結(jié)合以上概述的示例性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行描述后，對至少具備本領(lǐng)域普通 技術(shù)的人員而言，各種不同的替換、修改、變化、改進(jìn)和/或?qū)嵸|(zhì)等同方案，無論是已知的、 或是將被或可能將被很快預(yù)見的，都會是顯而易見的。相應(yīng)地，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案， 如上所述，意在說明，而非限制。可在不偏離本發(fā)明精神或范圍的前提下做出各種改變。因 此，本發(fā)明旨在涵蓋所有已知或在先發(fā)展的替換、修改、變化、改進(jìn)和/或?qū)嵸|(zhì)等同方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種去除或降低溶液中的污染物水平的裝置，包括： 殼體，該殼體具有第一相對端和第二相對端，且至少部分地限定具有腔壁和腔長的空 腔； 光管，該光管設(shè)于所述空腔內(nèi)，且配置為幫助發(fā)出或以其他方式提供覆蓋大部分腔長 的紫外線照射； 設(shè)置于所述光管周圍的光電極；設(shè)于所述光電極與所述腔壁之間的空間的對電極，以 及設(shè)于所述光電極與所述對電極之間的分離器； 其中所述光電極包括主要含鈦的箔支持體，該箔支持體具有設(shè)置在該光電極至少一個(gè) 表面上的二氧化鈦層；以及 其中所述光電極和對電極各自分別耦合至一個(gè)配置為電耦合至電源的終端。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括第一端組裝構(gòu)件，其耦合至所述殼體的第一 相對端并進(jìn)一步限定所述空腔。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括第二端組裝構(gòu)件，其耦合至所述殼體的第二 相對端并進(jìn)一步限定所述空腔。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中第一端組裝構(gòu)件限定了至所述空腔內(nèi)的入口孔。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中第二端組裝構(gòu)件限定了至所述空腔內(nèi)的出口孔。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光管限定配置為至少部分地接收紫外線光源的 光管腔。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中紫外線光源設(shè)置于光管腔內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光電極和與其耦合的所述終端以及所述對電極 和與其耦合的所述終端可拆卸地耦合至終端組裝構(gòu)件，并在所述光電極和對電極之間設(shè)置 分離器，以形成電極組件或模塊。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述電極組件或模塊可拆卸地耦合至所述殼體。
10. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述電極組件進(jìn)一步包括間隔器，該間隔器包括由 至少一個(gè)分隔器耦合至軸向同心部分的外圍同心部分。
11. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述外圍同心部分限定同心槽，該同心槽在其中 配置為接收所述電極的一部分。
12. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述間隔器進(jìn)一步包括入口端、出口端、以及從入 口端延伸至出口端的縱軸。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中至少一個(gè)分隔器相對于所述縱軸成一角度。
14. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光管耦合至燈泡端蓋，該燈泡端蓋限定一空 腔，該空腔配置為接收燈座，且該燈泡端蓋耦合至燈泡組裝構(gòu)件以形成燈泡組件或模塊。
15. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述燈泡組件或模塊可拆卸地耦合至所述殼體。
16. -種去除或降低溶液中的污染物水平的方法，包括： 向設(shè)備的空腔中提供溶液，其中所述設(shè)備的所述空腔中容納有光管、設(shè)置于光管周圍 的包括具有設(shè)置于其上的二氧化鈦層的主要含鈦的箔支持體的光電極、以及設(shè)于所述光電 極和所述設(shè)備的腔壁之間的空間的對電極； 使用紫外線光照射所述光電極；以及 向耦合至所述光電極的第一終端以及耦合至所述對電極的第二終端施加第一偏壓。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一偏壓在第一時(shí)間段施加。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括向所述第一終端和所述第二終端施加第二 偏壓。
19. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第二偏壓在第二時(shí)間段施加。
【文檔編號】C02F1/00GK104125929SQ201280059566
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】特倫斯·P·巴里, 托馬斯·P·巴里, 杰克·邁爾, 安東·阿斯米特 申請人:水魔星公司