CN101776588A - 低能耗高稳定液相led光催化反应系统 - Google Patents

低能耗高稳定液相led光催化反应系统 Download PDF

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余家国
刘升卫
程蓓
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Abstract

一种低能耗高稳定液相LED光催化反应系统，它为光催化反应室与LED光源控制系统两大部分的集成系统。光催化反应室为暗室，其内部包含由固定支架、磁力搅拌器、三颈烧瓶组装而成的反应器以及温度与湿度计，光源控制系统包括安装在暗室前后左右四个方向的单色紫外光或可见光LED灯及控制其强度与照射时间的控制器。其光催化反应室稳定不受外界影响；光源是特定波长为254，310，365，400，430，450，500，530，600，700nm等波长单色紫外或可见光的LED灯，功率稳定可调，没有热辐射，克服了传统氙灯容易发热的缺陷。该光催化反应系统的反应系统与光源系统更加稳定，无外界干扰，可再现性更好，可满足研究光催化材料光催化效率对于稳定可靠性的需要。

Description

低能耗高稳定液相LED光催化反应系统
技术领域
本发明涉及一种LED(高强度发光二极管)液相光催化反应系统，用于稳定评价液相光催化(降解液相中有机污染物、光催化分解水制氢)的光催化效率。
技术背景
造纸、染料、颜料、化工、纺织等行业发展所伴随的水体污染已经成为影响人民生活健康的重大问题。另外，进入21世纪，化石能源的消耗殆尽及其引起的环境问题迫使人们寻求新的洁净替代能源。光催化技术是解决环境污染与能源短缺问题的重要方法之一，目前已经广泛应用于水体中污染物的深度净化处理与光催化分解水制氢等诸多领域。
开发高效实用光催化材料是实现光催化技术的关键。光催化效率、稳定性、选择性等技术指标是衡量光催化材料性能的重要依据，其中，光催化效率一定程度上是决定光催化材料能否实用化的首要因素。光催化效率的测试评价体系对先进光催化材料的研发至关重要。一个客观公正光催化评价体系的建立依赖于一个可信赖的稳定的光催化反应系统的设计与构造。但是，现有大多数光催化反应系统的实验误差都在10％以上，测试系统的稳定性与测试数据的可重复性较差。
大体而言，光催化反应系统的设计包括两个主要部分。一是光催化反应室，要考虑多方面的影响因素，如光催化剂的分散、污染物的物质传递与混匀、光催化剂与污染物之间的有效接触，以及反应体系的温度与反应动力学控制等；二是光源控制系统，要综合考虑光源的强度、均匀性、稳定性、辐射面积与光能的有效利用率等。目前国内外已有的光催化反应系统大多反应温度不易控制，光源稳定性较差，导致实验误差较大。
发明内容
本发明目的是在分析和参考了国内外光催化反应系统的基础上，提供一种低能耗高稳定液相LED光催化反应系统。该光催化反应系统可实现精确控制光催化反应系统光源的发光方式、光谱范围、光强、光照时间、光辐射区域面积，有效地排除了非光催化因素的影响，实验误差小，测试结果稳定可靠。
本发明的技术方案：一种用于评价液相光催化效率的光催化反应系统，其特征在于，它为光催化反应室与光源控制系统两大部件的集成系统；光催化反应室为暗室，其内部包含由固定支架、磁力搅拌器、三颈烧瓶组装而成的反应器以及监测温度与湿度的温度与湿度计，光源控制系统包括安装在暗室前后左右四个方向的单色紫外光或可见光LED灯，以及控制灯光强度与照射时间的控制器。
所述的单色紫外光LED灯选用特定波长为254nm，310nm，365nm等波长中任一种LED灯。
所述的可见光LED灯选用特定波长为400nm，430nm，450nm，500nm，530nm，600nm，700nm等波长中任一种LED灯。
本发明的特点是，光催化反应室稳定，不受外界影响；特定波长单色LED光源强度稳定可调，没有热辐射。
本发明的有益效果：该光催化反应系统的反应系统与光源系统都更加稳定，可再现性更好，充分满足研究光催化材料光催化效率对于稳定性和可靠性的需要。
附图说明
图1光催化反应系统结构示意图
图中：1.三颈烧瓶；2.密封橡皮塞；3.磁力搅拌器；4.固定支架；5.暗室；6.可开关天窗；7.LED灯；8.LED灯光强度与照射时间的控制器；9.温度与湿度计。
连接方式：用密封橡皮塞2密封三颈烧瓶1，然后将其置于磁力搅拌器3上用固定支架4固定，再整体放入有可开关天窗6的反应暗室5里面，温度与湿度计9也放在反应暗室5里面；LED光源7灯头固定于反应暗室5的壁上，然后另外一头连接在LED灯光强度与照射时间的控制器8上。
具体实施方式：
以下结合图1，对本说明进行详细解说：用于评价液相光催化效率的光催化反应系统为光催化反应室与光源控制系统两大部件分离的集成系统，反应在暗室5里进行，由温度与湿度计9实时监测环境参数变化，减少外界因素对于光催化反应影响；反应系统有磁力搅拌器3，保证催化剂与反应物的分散与充分接触；光源为LED灯7，无明显发热，且光源强度与辐射时间可以通过光源控制器8精确控制。
实施例1
采用本反应系统光催化分解水制氢：其操作过程如下：
1、向三口烧瓶1中依次加入适量的固体粉末催化剂与适量含某种牺牲剂的水溶液；
2、将得到的固液混合物超声分散5min，然后在磁力搅拌下通入N2 30min以除去其中的O2，之后将三口烧瓶1用密封橡皮塞2密封，置于磁力搅拌器3上，通过固定支架4固定，关闭可开关天窗6，将整个反应系统封闭于暗室5当中，其中有温度与湿度计9监测反应系统在光催化反应过程中温度与湿度变化；
3、在磁力搅拌器下，用4个特定波长(例如365nm)LED紫外灯从前后左右四个不同方向同时对准三颈烧瓶1底部固液混合反应体系照射，LED的辐射强度以及辐射时间通过控制器8控制，每隔一定时间(如15min)取样用气相色谱仪监测H2产量。
实施例2
采用本反应系统进行可见光光催化降解有机污染物，其操作过程如下：
1、向三口烧瓶1中依次加入适量的固体粉末催化剂与适量含某种有机染料的水溶液；
2、将得到的固液混合物超声分散5min，然后在磁力搅拌下通入O2 30min以除去其中的CO2，之后将三口烧瓶用密封橡皮塞2密封，置于磁力搅拌器3上，通过固定支架4固定，关闭可开关天窗6，将整个反应系统封闭于暗室5中，其中有温度与湿度计9监测反应系统在光催化反应过程中温度与湿度变化；
3、在磁力搅拌器下，用4个特定波长(例如450nm)LED可见灯从前后左右四个不同方向同时对准三颈烧瓶1底部固液混合反应体系辐射，LED的辐射强度以及辐射时间通过控制器8控制，每隔一定时间(如15min)取样用紫外可见吸收光谱监测其中污染物的物种与浓度的变化。

Claims (3)

1.一种用于评价液相光催化效率的光催化反应系统，其特征在于，它为光催化反应室与光源控制系统两大部件的集成系统；光催化反应室为暗室(5)，其内部包含由固定支架(4)、磁力搅拌器(3)和三颈烧瓶(1)组装而成的反应器，以及监测温度与湿度的温度与湿度计(9)；光源控制系统包括安装在暗室(5)前后左右四个方向的单色紫外光或可见光LED灯(7)，及控制LED灯光强度与照射时间的控制器(8)。
2.如权利要求1所述的用于评价液相光催化效率的光催化反应系统，其特征在于，所述的单色紫外光LED灯选用特定波长为254nm，310nm，365nm中任一种LED灯。
3.如权利要求1所述的用于评价液相光催化效率的光催化反应系统，其特征在于，所述的可见光LED灯选用特定波长为400nm，430nm，450nm，500nm，530nm，600nm，700nm中任一种LED灯。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101900681A (zh) * 2010-07-23 2010-12-01 哈尔滨工业大学 一种水体化学需氧量快速测定装置
CN102285638A (zh) * 2011-05-25 2011-12-21 华东理工大学 一种可见光催化制氢反应器
CN105556282A (zh) * 2013-09-24 2016-05-04 通用电气健康护理生物科学股份公司 光学吸收监测系统
CN107101965A (zh) * 2017-05-02 2017-08-29 浙江理工大学 一种紫外光驱动光催化材料水处理性能的评价装置及评价方法
CN107966501A (zh) * 2016-10-20 2018-04-27 四川建筑职业技术学院 一种多参数控制下的新型气相光催化定量检测装置

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