CN103566858A - 一种光催化反应实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光催化反应实验装置，包括底座、直杆架、磁力搅拌器、光催化反应器、白光LED灯和光催化反应实时测量装置；直杆架安装在底座正中央，白光LED灯通过白光LED灯架固定在直杆架上，磁力搅拌器安放在底座上，光催化反应器放置在磁力搅拌器上；光催化反应实时测量装置由光源、传光光纤、光学多路复用器、Y型传感光纤、光纤传感探头、光纤光谱仪和PC机组成；光源通过传光光纤连接第一光学多路复用器，第一光学多路复用器连接Y型传感光纤，Y型传感光纤一端接有光纤传感探头，另一端连接到第二光学多路复用器；第二光学多路复用器连接到光纤光谱仪，光纤光谱仪连接到PC机。该实验装置可以实时测量反应物浓度，监测催化反应过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种光催化反应实验装置，属于光催化仪器装置领域。
背景技术
光催化机理及应用研究已经从最初的光催化分解水制氢拓展到光催化处理污水、固氢固氮、染料敏化、太阳能电池以及光催化净化环境材料等多个领域。目前，国际上关于不同结构的各种光催化反应器的开发与设计非常活跃，研究内容旨在通过结构优化提升光源利用率，加大催化反应面积，进一步提升光催化效率。例如，专利号：CN 202265431 U，专利名称为一种：“翅型结构的水体光催化器”的发明是通过翅型结构产生的水力空化效应，增大光催化反应面积，提高催化效率；公开号：CN 101239300A，专利名称为：“一种新型光催化器件”的发明是通过催化管包裹激发光源，提高光源利用率，进而提升光催化效率。然而目前大部分反应装置缺乏实时检测反应物浓度，监测反应催化过程的装置。传统的检验光催化反应效果一般采用离心取样通过紫外可见光吸收光谱检测。在取样和检测过程中存在的误差较大，时间间隔长，而且不能够实时检测反应过程。
发明内容
为了克服上述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种光催化反应实验装置，带有光催化反应实时测量装置，可以实时测量反应物浓度，监测催化反应过程。
本发明所采用的技术方案是：一种光催化反应实验装置，包括底座、直杆架、磁力搅拌器、光催化反应器、白光LED灯和光催化反应实时测量装置；直杆架安装在底座正中央位置，第一磁力搅拌器和第二磁力搅拌器分别位于直杆架两侧，安放在底座上；第一光催化反应器放置在第一磁力搅拌器上，第二光催化反应器放置在第二磁力搅拌器上；两个相同的白光LED灯通过白光LED灯架固定在直杆架上，分别位于第一光催化反应器和第二光催化反应器的正上方；光催化反应实时测量装置由光源、传光光纤、光学多路复用器、Y型传感光纤、光纤传感探头、光纤光谱仪和PC机组成；光源通过传光光纤连接第一光学多路复用器，第一光学多路复用器连接第一Y型传感光纤和第二Y型传感光纤；第一Y型传感光纤一端接有第一光纤传感探头，另一端连接到第二光学多路复用器；第二Y型传感光纤一端接有第二光纤传感探头，另一端连接到第二光学多路复用器；第二光学多路复用器连接到光纤光谱仪，光纤光谱仪连接到PC机。
所述的白光LED灯采用大功率LED，均匀阵列排布。
所述的白光LED灯架为两根平行直条，间距为直杆架的宽度，直条上中间设置有螺纹孔，螺纹旋钮与螺纹孔配合使用。
所述的白光LED灯架可以延直杆架上下移动，调节白光LED灯高度。
所述的磁力搅拌器为恒温磁力搅拌器，温度偏差±0.1℃。
所述的光催化反应器材料为耐腐蚀透明材料，侧边刻有刻度线。
所述的光纤传感探头为耐腐蚀性透射式或反射式光纤传感探头。
本发明的有益效果为：
1.采用白光LED灯模拟太阳光，比传统太阳光模拟器节能，节约成本；
2.采用光催化反应实时测量装置，方便实时测量光催化反应物浓度信息，监控光催化反应情况；
3.采用光纤传感技术，方便远距离测量和数据传输；
4.采用恒温磁力搅拌器，可以方便研究不同温度条件下光催化反应情况。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图1中，1为底座，2为直杆架，3为第一磁力搅拌器，4为第二磁力搅拌器，5为第一光催化反应器，6为第二光催化反应器，7为白光LED灯，8为LED，9为白光LED灯架，10为螺纹旋钮，11为光源，12为传光光纤，13为第一光学多路复用器，14为第一Y型传感光纤，15为第二Y型传感光纤，16为第一光纤传感探头，17为第二光纤传感探头，18为第二光学多路复用器，19为光纤光谱仪，20为PC机。
具体实施方式
图1中，一种光催化反应实验装置，包括底座1、直杆架2、磁力搅拌器、光催化反应器、白光LED灯7和光催化反应实时测量装置。直杆架2安装在底座1正中央位置，第一磁力搅拌器3和第二磁力搅拌器4分别位于直杆架2两侧，安放在底座1上，两个磁力搅拌器为恒温磁力搅拌器，温度偏差±0.1℃。第一光催化反应器5放置在第一磁力搅拌器3上，第二光催化反应器6放置在第二磁力搅拌器4上，两个光催化反应器材料为耐腐蚀透明材料，侧边刻有刻度线。白光LED灯7采用大功率LED8，均匀阵列排布。白光LED灯架9为两根平行直条，间距为直杆架2的宽度，直条上中间设置有螺纹孔，螺纹旋钮10与螺纹孔配合使用，两个相同的白光LED灯7由白光LED灯架9架设，采用螺纹旋钮10旋紧固定在直杆架2上，并分别位于第一光催化反应器5和第二光催化反应器6的正上方。光催化反应实时测量装置由光源11、传光光纤12、光学多路复用器、Y型传感光纤、光纤传感探头、光纤光谱仪19和PC机20组成；光源11通过传光光纤12连接第一光学多路复用器13，第一光学多路复用器13连接第一Y型传感光纤14和第二Y型传感光纤15；第一Y型传感光纤14一端接有第一光纤传感探头16，另一端连接到第二光学多路复用器18；第二Y型传感光纤15一端接有第二光纤传感探头17，另一端连接到第二光学多路复用器18；第二光学多路复用器18连接到光纤光谱仪19，光纤光谱仪19连接到PC机20。
本发明工作原理为：
当白光LED灯发出能量相当于半导体禁带宽度的光照射到光催化剂表面上时，会激发光催化剂的电子从价带跃迁到导带，形成具有很强活性的空穴-电子对，能有有效的对有机染料进行氧化还原反应，降低了溶液有机物的浓度，浓度的变化会引起溶液的光谱吸光度发生变化，利用透射式或反射式光纤传感探头将光谱吸收信息传输至光纤光谱仪，经光电信息转换，并传输至PC机光谱测试软件实时显示。
实施例：纯TiO2和掺杂TiO2光催化反应实验
一种光催化反应实验装置，包括底座1、直杆架2、磁力搅拌器、光催化反应器、白光LED灯7和光催化反应实时测量装置。直杆架2安装在底座1正中央位置，第一磁力搅拌器3和第二磁力搅拌器4分别位于直杆架2两侧，安放在底座1上，两个磁力搅拌器为恒温磁力搅拌器，温度偏差±0.1℃。第一光催化反应器5放置在第一磁力搅拌器3上，第二光催化反应器6放置在第二磁力搅拌器4上，两个光催化反应器材料为耐腐蚀透明材料，侧边刻有刻度线。将第一光催化反应器5和第二光催化反应器6盛装相同体积和相同浓度的待催化处理溶液，在第一光催化反应器5内加入纯TiO2，在第二光催化反应器6加入相同质量的掺杂TiO2。，
开启光催化反应实时测量装置：该装置由光源11、传光光纤12、光学多路复用器、Y型传感光纤、光纤传感探头、光纤光谱仪19和PC机20组成；光源11通过传光光纤12连接第一光学多路复用器13，第一光学多路复用器13连接第一Y型传感光纤14和第二Y型传感光纤15；第一Y型传感光纤14一端接有第一光纤传感探头16，另一端连接到第二光学多路复用器18；第二Y型传感光纤15一端接有第二光纤传感探头17，另一端连接到第二光学多路复用器18；第二光学多路复用器18连接到光纤光谱仪19，光纤光谱仪19连接到PC机20，PC机光谱测试软件检测到待催化处理溶液光谱信息。
安装调节白光LED灯7：两个相同的白光LED灯7由白光LED灯架9架设，白光LED灯架9为两根平行直条，间距为直杆架2的宽度，直条上中间设置有螺纹孔，螺纹旋钮10与螺纹孔配合使用。上下移动白光LED灯架9，将两个相同的白光LED灯7调节至实验要求高度，旋紧螺纹旋钮10即可固定两个相同的白光LED灯7于第一光催化反应器5和第二光催化反应器6的正上方。
两个相同的白光LED灯7开启后，在第一光催化反应器5中的纯TiO2和第二光催化反应器6的掺杂TiO2吸收光后，产生强活性的空穴-电子对，空穴-电子对与待催化处理溶液进行氧化还原反应，待催化处理溶液浓度降低，光催化反应实时测量装置分别将第一光催化反应器5和第二光催化反应器6中待催化处理溶液浓度信息进行存储显示，供后续比较处理。
根据实验要求，可以设定两个恒温磁力搅拌器的温度，可以调节两个相同的白光LED灯7的照明高度，可以更换不同属性不同浓度的溶液等实验调节进行光催化实验。
上述一种光催化反应实验装置主要说明该装置构成、结构和原理，实施例是以常规光催化剂TiO2举例，本发明的光催化反应实验装置同样适用于其他光催化剂对溶液的光催化反应实验，同时根据所测试样品多少，该装置大小、光催化反应器可做增加减少的调整，均属于该发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光催化反应实验装置，包括底座、直杆架、磁力搅拌器、光催化反应器、白光LED灯和光催化反应实时测量装置；直杆架安装在底座正中央位置，第一磁力搅拌器和第二磁力搅拌器分别位于直杆架两侧，安放在底座上；第一光催化反应器放置在第一磁力搅拌器上，第二光催化反应器放置在第二磁力搅拌器上；其特征在于，两个相同的白光LED灯通过白光LED灯架固定在直杆架上，分别位于第一光催化反应器和第二光催化反应器的正上方；所述的光催化反应实时测量装置由光源、传光光纤、光学多路复用器、Y型传感光纤、光纤传感探头、光纤光谱仪和PC机组成；光源通过传光光纤连接第一光学多路复用器，第一光学多路复用器连接第一Y型传感光纤和第二Y型传感光纤；第一Y型传感光纤一端接有第一光纤传感探头，另一端连接到第二光学多路复用器；第二Y型传感光纤一端接有第二光纤传感探头，另一端连接到第二光学多路复用器；第二光学多路复用器连接到光纤光谱仪，光纤光谱仪连接到PC机。
2.根据权利要求1所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的白光LED灯采用大功率LED，均匀阵列排布。
3.根据权利要求1所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的白光LED灯架为两根平行直条，间距为直杆架的宽度，直条上中间设置有螺纹孔，螺纹旋钮与螺纹孔配合使用。
4.根据权利要求3所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的白光LED灯架可以延直杆架上下移动，调节白光LED灯高度。
5.根据权利要求1所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的磁力搅拌器为恒温磁力搅拌器，温度偏差±0.1℃。
6.根据权利要求1所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的光催化反应器材料为耐腐蚀透明材料，侧边刻有刻度线。
7.根据权利要求1所述的一种光催化反应实验装置，其特征在于，所述的光纤传感探头为耐腐蚀性透射式或反射式光纤传感探头。
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|---|---|---|---|---|
| CN110850023A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-28 | 上海电力大学 | 单色光照射下光催化性能测试装置 |
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