CN103913539A - 一种多用途光催化性能评价装置 - Google Patents

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史海峰
解宇轩
王颖超
蓝奔月
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Jiangnan University
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Abstract

本发明提供了一种光催化材料性能表征的简易装置，其可以进行光催化有机物降解反应以及二氧化碳转化反应性能的测试。本发明具有装置简单，操作方便，易于实现，多种用途，处理效率高，消耗费用低等优点。装置特征为：在光催化反应器3底部的表面皿6上填充光催化材料，利用真空泵1对光催化反应器3抽真空，气体瓶7内部装有反应气体(IPA或CO2)通过阀门4进入反应器3，利用阀门5实现反应器3内气体流出，可保持反应器3内的气体流通。然后关闭阀门5，光源2(氙灯，LED等)照射反应器3，进行光催化反应。密闭气体进样针9实现气体的转移，利用气相色谱仪8进行反应物和生成物的检测与分析。

Description

一种多用途光催化性能评价装置
技术领域
本发明涉及光催化材料的性能测试领域，尤其是一种光催化材料的有机物降解和二氧化碳转化为碳氢燃料的测试方法和装置。
背景技术
随着人类社会的不断发展，能源消耗需求的不断增加，煤、石油等化石能源将不可避免面临枯竭。目前，环境和能源问题已成为当今世界不可忽视的两大问题。近年来，大量工业和生活污水的排放加重了水体污染，有机物污染已成为影响人类生活的重要化学物质。这些化学物质大多含有致癌和诱变因子，严重威胁着人类的身体健康。因此，寻求一种高效的有机物处理方法也成为人们最关心的问题之一。
1972年，日本东京大学教授Fujishima和Honda发现TiO2单晶电极在光的作用下不仅可以分解水还可以分解其他物质，这一发现立刻受到人们的关注。太阳能作为一种无污染的可再生能源，在催化反应中尽情发挥其优势。光催化反应从此在环境治理和能源开发方面得到了普遍关注，关于光催化技术的研究开发成为国内外研究领域的一大热点。
光催化降解污染物有许多优点，它能有效的降解各类有机污染物而且完全没有二次污染。大部分光催化剂有很高的化学稳定性，无毒，催化效率高，在实现光催化处理有机物方面具有重要作用。
目前大多数的发明关注于光催化材料本身，对光催化表征所需用到的装置关注的相对较少。目前用于表征光催化材料的科学仪器和装置大多价格较高，维护费用较高而且大多只能应用于单一的光催化反应，需要人工分析，消耗人力，仪器效率低。因此研究一种操作简便多用途的光催化材料的光催化表征方法和装置对促进光催化领域的发展具有非常重大的意义。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明专利提供了一种新的光催化反应表征方法与装置。本发明装置既可以进行光催化降解有机物反应，也可以进行CO2转化反应，是一种多用途的光催化反应装置，与单一反应器相比，大大提高了仪器利用率。而且本发明装置可以使用任意光源(既能使用人工光源，也能使用自然光源)，具有结构简单，操作方便，处理效率高，节省能源，消耗费用低的特点，克服了反应器复杂、价格昂贵且反应单一等缺点。总之，本发明装置较为简单，易于实现，具有多种用途，实现方法和装置优于其他传统方法，具有实际的应用价值。
为达上述目的，本发明专利采用了如下技术方案：
一种可实现光催化材料的光催化活性表征方法的多用途装置，包括：光催化反应器3底部的表面皿6填充光催化材料，利用真空泵1对光催化反应器3抽真空，气体瓶7内部装有反应气体(IPA或CO2)通过阀门4进入反应器3，利用阀门5实现反应器3内气体流出，可以保持反应器3内的气体流通。光源2(氙灯，LED等)照射光催化反应器3，实现光催化反应。密闭气体进样针9实现气体的转移，利用气相色谱仪8进行反应物和生成物的检测与分析。
装置具体组成为：光催化反应器3，反应器正面透光窗口为滤波片石英材料，反应器内底部可放置小表面皿或玻璃片6：直径为4-6cm，将活性评价用的光催化材料平铺于6，真空泵1通过阀门4对反应器内部抽真空，排除上次光催化反应产生的气体。7为气体钢瓶，可以提供反应气体(IPA或CO2，其中IPA为异丙醇C3H8O的简写)通过阀门4进入反应器3，其中阀门4为气体三通阀门：可以分别选择连通1和3或者7和3的状态，气体管道为塑胶管或硅胶管。阀门5可以实现反应器3内气体流出，保持反应器3内的气体流通，光源2(氙灯，LED等)照射反应器3实现光催化反应，密闭气体进样针9实现气体的转移，利用检测装置气相色谱仪8进行生成物的检测与分析。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明装置进行进一步说明：
(1)将光催化材料放入玻璃反应器中，关紧阀门使反应体系为密闭空间，利用快接头使阀门4接口与真空泵连接，利用真空泵抽出反应器中的气体使其成为真空状态，抽取时间为10-30min。
(2)在抽真空后，通过阀门4接口与气体瓶相接，避免混入空气。
(3)通入一段时间气体后打开阀门5，保证反应器内全部充满反应气体且能使气体流通。
(4)放置光源，使光线透入反应器照射到反应材料上，通过气相进样针取样，注入气相色谱仪中对生成物进行分析，得出结果。
实施案例1：CO2还原的光催化反应。
光催化反应器3，反应器正面透光窗口为滤波片石英材料，反应器内底部可放置小表面皿6(直径为4-6cm)，将活性评价用的光催化材料平铺于表面皿6，关紧阀门保证反应体系为密闭空间，利用三通阀门将4接口与真空泵1连接，使用真空泵1将反应器中的气体抽出使其成为真空状态，当反应系统处于已经真空的情况下，将阀门4接口与装有CO2的气体瓶相接，通入一段时间CO2气体后打开阀门5，使CO2布满整个反应器，再关闭阀门5，处于避光状态3～5个小时，使反应体系达到吸附脱附平衡状态。然后放置光源2，可以结合不同截止波长的滤波片使用，使输出的光源为不同的波段。光线透入反应器照射到表面皿6上的反应材料上，通过气相进样针9在装有进样垫的阀门5位置取样1mL，注入气相色谱议8中对生成物进行分析，得出结果。
实施案例2：IPA降解的光催化反应。
向玻璃反应器中放入IPA和光催化材料，关紧阀门保证反应体系为密闭空间，利用三通阀门将阀门4与真空泵1连接，使用真空泵1将反应器中的气体抽出使其成为真空状态，当反应系统处于真空的情况下，将阀门4接口与装有IPA的气体瓶相接，通入一段时间IPA气体后打开阀门5，使IPA布满整个反应器，再关闭阀门5，放置反应装置于避光处3～5个小时，使反应体系达到吸附脱附平衡状态。然后放置光源2，可以结合不同截止波长的滤波片使用，使输出的光源为不同的波段。使光线透入反应器照射到表面皿6上的反应材料上，通过气相进样针9在装有进样垫5的位置取样1mL，注入气相色谱议8中对生成物进行分析，得出结果。

Claims (6)

1.一种用于有机物降解和CO2转化的光催化反应装置，其特征在于，在光催化反应器3底部的表面皿6中填充光催化材料，利用真空泵1对光催化反应器3抽真空，气体瓶7内部装有反应气体(IPA或CO2)通过阀门4进入反应器3，利用阀门5实现反应器3内气体流出，可保持反应器3内的气体流通。然后关闭阀门5，光源2(氙灯，LED等)照射反应器3，进行光催化反应。密闭气体进样针9实现气体的转移，利用气相色谱仪8进行反应物和生成物的检测与分析。
2.根据权利要求书1所述的光催化反应装置，其特征在于，所述的光源2为氙灯或者配有滤波片的氙灯、半导体发光二极管(LED)。
3.根据权利要求书1所述的光催化反应装置，其特征在于，所述的反应器3为体积是500-1000mL的玻璃反应器。
4.根据权利要求书1所述的光催化反应装置，其特征在于，所述的反应装置分别能够表征CO2的转化以及有机物的降解。
5.根据权利要求书1所述的光催化反应装置，其特征在于，阀门4为气体三通阀门，可以分别选择连通1和3或者7和3的状态，气体管道为塑胶管或硅胶管，阀门5可以实现反应器3内气体流出，保持反应器3内的气体流通。
6.根据权利要求书1所述的光催化反应装置，其特征在于，采用气体密闭进样针取样，并利用气相色谱仪(GC)进行测量。
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