CN103394318B - 一种高光效率光催化反应器 - Google Patents
一种高光效率光催化反应器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103394318B CN103394318B CN201310305876.2A CN201310305876A CN103394318B CN 103394318 B CN103394318 B CN 103394318B CN 201310305876 A CN201310305876 A CN 201310305876A CN 103394318 B CN103394318 B CN 103394318B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- light source
- reactor
- reactor body
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims 4
- 208000002925 dental caries Diseases 0.000 claims 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000009510 drug design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013032 photocatalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高光效率光催化反应器，属光催化技术领域。该反应器包括箱体、设置在箱体内的反应器本体（7）、磁力搅拌器（6）、滤光片（3）、散热风扇（9）和光源(10)，滤光片（3）将箱体分隔为两个腔体，即第一腔体（A）和第二腔体（B），分别作为反应区和光源区；磁力搅拌器(6)设置在第一腔体（A）底部，反应器本体（7）设置在磁力搅拌器（6）上方，由磁力搅拌器（6）实现反应物的均匀分散；采用隔板将第二腔体（B）分为上下两个腔体，散热风扇（9）设置在下腔体，光源（10）设置在上腔体。本发明结构简单、成本低等众多优点于一身，体现出了优越的光催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及光催化反应设备技术领域，更具体地说，涉及一种高光效率光催化反应器，可以用来进行光降解有机物、光催化分解水等光催化领域研究。
背景技术
随着能源危机的逐步加剧，以及化石能源使用过程中带来的环境问题每况愈下，寻求一种可再生的清洁能源是人类的迫切愿望。太阳能是一种取之不尽用之不竭的能源，收集太阳能并将其转化为方便使用的二次能源成了研究者突破的目标。
自1972年研究者发现紫外光照下TiO2能够实现水分解为氢气与氧气以来，针对半导体催化水分解以及半导体催化废水处理的研究引起了广大研究者的关注。能量以氢气形式储存比电能或热能储存起来方便很多，此外氢气热值高（≈143kJ/g），清洁环保，无毒害等众多优势。
研究表明，部分半导体化合物对太阳光有一定的响应，在特定的条件下能够实现高效制氢（或者制氧），具有代表性的TiO2（制氢）、WO3（制氧）等；此外更研究了类似植物体光合作用的“Z-型”光催化体系，能够同时实现制氢和制氧等。
由光催化水分解制氢（制氧）过程衍生出来的光催化下净化还原性（氧化性）废水研究也取得了很大的进展。
近年来，研究者在光催化领域做了大量的研究，但是光催化技术的应用能力仍然受到光催化反应器合理设计的制约和阻碍。最初的“外照式”反应器虽然结构简单，但是存在光能利用效率低下等显著缺陷。而后普遍采用的“内照式”反应器因冷却系统、光源外形等条件限制，造价太高而难以普遍使用。具体来讲，光源内部照射，需要将光源设置在反应器的内部，因考虑到光源散热问题，还需循环供水降温，这样就需要特殊结构的反应器，反应器结构复杂，从而增加了反应器的制造成本。
如何保证光能有效利用的前提下，降低反应器结构的复杂程度，是本领域需要迫切解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种高光效率光催化反应器，结合内照式和外照式反应器的众多优点，提高光能利用效率的同时降低了反应器设计的复杂程度，从而大大降低了制造成本。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种高光效率光催化反应器，该反应器包括箱体、设置在箱体内的反应器本体、磁力搅拌器、滤光片、散热风扇和光源，其中：
滤光片将箱体分隔为两个腔体，即第一腔体和第二腔体，分别作为反应区和光源区，滤光片用于为反应器本体提供符合波长要求的光线；
磁力搅拌器设置在第一腔体底部，反应器本体设置在磁力搅拌器上方，由磁力搅拌器实现反应物的均匀分散；
采用隔板将第二腔体分为上下两个腔体，散热风扇设置在下腔体，光源设置在上腔体。
优选的，第一腔体的内壁为第一抛物线平面，第二腔体的内壁为第二抛物线平面，该两个抛物线平面的焦距不同，在该两个抛物线平面的壁上分别涂有100%反射率的镜面材料，反应器本体设置于第一腔体抛物面焦点处，光源设置于第二腔体抛物面焦点处。
优选的，光源选用100～300W高压汞灯作为紫外光源，或选用50～500W氙灯作为可见光源。
有益效果：本发明将反应器本体和光源均设置在箱体内，重要的是将反应器和光源设置于抛物面的焦点，利用光学原理充分利用光辐射能，克服了“外照式”反应器光能利用率较低的缺点，实现将光源设置在反应器本体外侧却能够有比内侧更高的光能利用效率。由于光源设置在反应器本体外侧，反应器结构简单，不涉及任何精细的制作过程，降低了反应器的制造成本。抛物面的箱体设计代替了辐射防护，可以有效抑制光污染。
本发明的一系列优化方案中，对光源无特殊要求，可以是普通平行光源也可以是特种外形光源；底座式散热风扇代替原循环冷却水系统，利用了热空气上升这一特点进行高效散热，同样可以实现连续工作。
附图说明
图1为反应器的俯视图。
图2为反应器的主视图。
图3为一种常见光源工作原理光路图。
图4为另一种常见光源工作原理光路图。
其中，图中包括：
反应器本体7、磁力搅拌器6、滤光片3、散热风扇9和光源10；
第一腔体A、第二腔体B；
第一抛物线平面1，第二抛物线平面5；
散热风扇9，反应产物出料口8，外接收集装置及检测仪器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
本发明公开了一种高光效率光催化反应器，提高光能利用效率的同时降低了反应器设计的复杂程度。下面对本发明实施例中的技术方案进行进一步描述。
如图1～2，图1为本发明实施例提供的高光效率光催化反应器俯视图；图2为本发明实施例提供的反应器主视图。
本发明提供的高光效率光催化反应器，该反应器包括箱体、设置在箱体内的反应器本体7、磁力搅拌器6、滤光片3、散热风扇9和光源10，其中：
滤光片3将箱体分隔为两个腔体，即第一腔体A和第二腔体B，分别作为反应区和光源区，滤光片3用于为反应器本体7提供符合波长要求的光线；
磁力搅拌器6设置在第一腔体A底部，反应器本体7设置在磁力搅拌器6上方，由磁力搅拌器6实现反应物的均匀分散；
采用隔板将第二腔体B分为上下两个腔体，散热风扇9设置在下腔体，光源10设置在上腔体。
第一腔体A的内壁为第一抛物线平面1，第二腔体B的内壁为第二抛物线平面5，该两个抛物线平面的焦距不同，在该两个抛物线平面的壁上分别涂有100%反射率的镜面材料，反应器本体7设置于第一腔体A抛物面焦点处，光源10设置于第二腔体B抛物面焦点处。
光源10选用100～300W高压汞灯作为紫外光源，或选用50～500W氙灯作为可见光源。
本发明所提供的高效光催化反应器，包括反应器本体和光源等基本部件外。本发明重点在于，箱体设计成两个焦距不同的抛物平面，内壁涂有高反射率的氧化铝镜面材料，反应器本体设置在第一腔体A的第一抛物平面1的焦点处，光源设置在第二腔体B的第二抛物平面5的焦点处。箱体由滤光片分隔成两个腔体，反应器与光源分别设置在两个腔体内，三者位于同一水平线上。光线通过滤光片照射在反应器本体上，通过设置不同的滤光片可以选择提供特定波长的光线，以满足不同的实验要求。
以平行光源为例，平行光透过滤光片成为特定波长的平行光，部分光线能够直接照射到反应器本体上，而另外一部分光将照射到箱体上，箱体内壁反射这部分光线，都会通过抛物平面的焦点，即反应器本体所在位置（光路如图3所示）。利用光学原理大大提高了光能利用率，提高了反应效率，其他光源也具有相似工作原理，大部分光能够转变成平行光（光路如图4所示）。镜面箱体设置提高光效率的同时可以作为防辐射装置，有效降低了光污染。
本发明将光源设置在反应器本体外侧，因此可在外侧对反应器本体2进行照射，使得反应器本体7无需设计容纳光源的腔体，故对反应器本体7的结构无特殊要求，可采用普通不同容积的玻璃、石英透明容器作为反应器本体。简化了反应器本体的结构，降低了反应器结构的复杂程度，故而大幅降低了反应器的制造成本。
本发明第二腔体B由一镂空隔板分为上下两个腔体，光源与散热风扇分别设置在隔板两侧。由于反应器的特殊光学特性，对光源无特殊结构要求，可以是普通的平行光源，当然也可以是特种结构光源，常用的是100～300W高压汞灯作为紫外光源以及50～500W氙灯模拟太阳可见光。将散热风扇设置在隔板下方，应用热空气上升原理可以更好地降低光源温度，实现光源连续工作。用风扇代替原来的循环水冷却系统不仅能够节约大量的水资源，还能大大降低反应器设计复杂程度。
综上所述，本发明综合“外照式”和“内照式”等目前常见光催化反应器的众多优点，取长补短，利用多种物理原理，以简单、低成本的设计达到了更高的光能利用效率。本发明配套稳定的光源和科学的设计，特别适合光催化降解有机物、光分解水等光化学科学研究。
Claims (1)
1.一种高光效率光催化反应器，其特征在于该反应器包括箱体、设置在箱体内的反应器本体(7)、磁力搅拌器(6)、滤光片(3)、散热风扇(9)和光源(10)，其中：
滤光片(3)将箱体分隔为两个腔体，即第一腔体(A)和第二腔体(B)，分别作为反应区和光源区，滤光片(3)用于为反应器本体(7)提供符合波长要求的光线；
磁力搅拌器(6)设置在第一腔体(A)底部，反应器本体(7)设置在磁力搅拌器(6)上方，由磁力搅拌器(6)实现反应物的均匀分散；
采用隔板将第二腔体(B)分为上下两个腔体，散热风扇(9)设置在下腔体，光源(10)设置在上腔体；
第一腔体(A)的内壁为第一抛物线平面(1)，第二腔体(B)的内壁为第二抛物线平面(5)，该两个抛物线平面的焦距不同，在该两个抛物线平面的壁上分别涂有100％反射率的镜面材料，反应器本体(7)设置于第一腔体(A)抛物面焦点处，光源(10)设置于第二腔体(B)抛物面焦点处；
光源(10)选用100～300W高压汞灯作为紫外光源，或选用50～500W氙灯作为可见光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310305876.2A CN103394318B (zh) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | 一种高光效率光催化反应器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310305876.2A CN103394318B (zh) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | 一种高光效率光催化反应器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103394318A CN103394318A (zh) | 2013-11-20 |
| CN103394318B true CN103394318B (zh) | 2015-04-15 |
Family
ID=49558149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310305876.2A Expired - Fee Related CN103394318B (zh) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | 一种高光效率光催化反应器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103394318B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110773089A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-11 | 山东奇谱创能生物科技有限公司 | 一种基于单光束的多通道化学微反应设备 |
| CN111137854B (zh) * | 2020-01-16 | 2024-02-20 | 江西理工大学 | 一种用于光催化产氢的设备 |
| CN113828262B (zh) * | 2021-10-27 | 2022-11-11 | 江西科技学院 | 一种基于矿物掺合料的光催化降解设备及降解方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW402677B (en) * | 1999-10-06 | 2000-08-21 | Circuit Ind Co Ltd | Apparatus using photo catalyst to purify air |
| HK1099477A2 (en) * | 2007-04-17 | 2007-08-10 | Univ Hong Kong | Light-transmitting tubular-honeycomb photocatalyt ic reactor |
| CN101851014B (zh) * | 2010-06-04 | 2011-11-16 | 哈尔滨工程大学 | 序批式光催化反应装置 |
| CN102151535A (zh) * | 2011-04-20 | 2011-08-17 | 张育新 | 一种光催化反应器 |
-
2013
- 2013-07-19 CN CN201310305876.2A patent/CN103394318B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103394318A (zh) | 2013-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104617863B (zh) | 基于透镜聚光原理的光伏‑光催化复合系统 | |
| CN109692679A (zh) | 一种钨酸铋/CNFs复合光催化材料的制备方法 | |
| CN103394318B (zh) | 一种高光效率光催化反应器 | |
| CN108339500A (zh) | 一种太阳能光催制氢和光伏发电的梯级利用装置和方法 | |
| CN103331159A (zh) | 一种Cu2O-TiO2/还原石墨烯三元复合物及其制备方法和应用 | |
| CN103230616B (zh) | 全天候光催化空气净化系统 | |
| CN107935104A (zh) | 太阳能光催化反应器及具有该装置的光催化水处理系统 | |
| Yang et al. | Enhanced photocatalytic performance of C3N4 via doping with π-deficient conjugated pyridine ring and BiOCl composite heterogeneous materials | |
| CN110252326A (zh) | 一种钨酸铜@氧化锌复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN102389824B (zh) | 铟基硫化物复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN103986405A (zh) | 一种多功能太阳能利用系统 | |
| CN113074359B (zh) | 基于直接太阳能梯级利用的聚光光热电耦合制氢反应系统 | |
| Zhang et al. | Proposal of a novel modular photo-thermo-reactor system for cascaded hydrogen production from methanol steam reforming | |
| CN107032442A (zh) | 一种集光伏发电与光催化水净化于一体的太阳能利用系统 | |
| CN110075880A (zh) | 钨酸铋/氯氧铋复合光催化剂及制备方法和用途 | |
| CN104607242A (zh) | 一种5-羟基间苯二甲酸铀酰配合物光催化剂 | |
| CN103084197B (zh) | Er3+:Yb0.20Y2.80Al5N0.10F0.10O11.80/Pt-TiO2光催化剂及其在光催化分解水制氢中的应用 | |
| CN105126821A (zh) | 一种花状Bi2MoO6的制备及其在光催化还原CO2中的应用 | |
| CN102285638A (zh) | 一种可见光催化制氢反应器 | |
| CN104539236B (zh) | 一种磁纳米流体平板式光伏热电联产装置 | |
| CN118487532A (zh) | 耦合光化学-光电-热电反应转化集成的氢电互补供能系统 | |
| CN108046328B (zh) | 一种缺陷态氧化钨纳米颗粒光热转化材料及其制备方法和应用 | |
| CN102125828B (zh) | 一种上转换发光材料改性的光催化剂及其制备方法 | |
| CN204522959U (zh) | 一种低/常温光反应器 | |
| CN109554722A (zh) | 光子晶体复合氧化铁纳米阵列光电极的复合材料制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150415 Termination date: 20200719 |