CN104437303B - 可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置 - Google Patents

可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置 Download PDF

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Abstract

一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：它包括催化还原反应容器(1)、光源系统(2)和电化学辅助系统(3)；该装置将电催化与光催化相结合用于光催化还原反应，利用太阳光的能量，提高催化活性，延长了催化剂的寿命，提高了整个装置的催化效率。

Description

可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置
技术领域
本发明属于光电催化反应装置技术领域，具体讲就是涉及一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，能够提高光电催化还原反应效率。
背景技术
环境污染和能源短缺是目前人类面临和亟待解决的两大世界难题，治理环境污染的一种思路就是讲污染物进行性质改变使其成为无无毒无害无污染的物质，目前，光催化反应能将某些污染源进行无害化处理成为一种理想的环境污染治理和洁净能源生产技术。光催化具有能在室温下深度反应且可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能而成为解决环境污染和能源短缺的一个重要手段，光电催化技术应用广泛，光电催化能够更好的促进光生电子、空穴的分离，光电催化固氮成氨，固二氧化碳成有机物，光电合成化学药品和材料以及利用光电催化变废为利、保护环境等，都是目前快速发展的行业，但是目前光电催化领域也存在诸多技术难题，例如光能转换效率低,大多在1％～3％甚至更小；催化剂活性不够高；催化剂选择性不够好，大多是系列产物分布；催化剂寿命不够长，连续使用期仅数月。
发明内容
本发明的目的针对现有的光催化反应中光能利用率不高，催化效率低下的技术缺陷，提供一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，将电催化与光催化相结合用于光催化还原反应，利用太阳光的能量，提高催化活性，延长了催化剂的寿命，提高了整个装置的催化效率。
技术方案
为了实现上述技术目的，本发明设计一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：它包括催化还原反应容器、光源系统和电化学辅助系统；
所述催化还原反应容器包括反应器本体，所述反应器本体由左端板、右端板、前侧板、后侧板、顶盖和底板围城一个密封盒装体，所述左端板、右端板和顶盖均内嵌有透明石英玻璃板，反应器本体内放置有互相联通的左石英杯和右石英杯，所述前侧板设置有进气口和取样口，后侧板设置有出气口和反应气体添加口，所述进气口和出气口通过外接管道连通，连通管路上装有循环气泵和气象色谱，进气口位于反应器本体内侧管口连接有输气管，输气管浸入左石英杯中，反应器本体内壁上设置有热交换管，热交换管分别位于前侧板和后侧板上的两端分别穿出所在的前侧板和后侧板连接到反应器本体外的冷却管上形成温控循环回路；
所述光源系统包括顶光源和侧光源，所述顶光源位于顶盖内嵌石英玻璃板上方，侧光源分别设置在左端板和右端板内嵌石英玻璃板外侧对应位置；
所述电化学辅助系统包括电化学工作站，电化学工作站连接有至少三根电极导线，电极导线通过对应的密封接头穿过后侧板后连接到对应的有工作电极、对电极和参比电极，工作电极、对电极和参比电极分别位于左石英杯和右石英杯形成的对应的催化还原反应区中。
进一步，所述反应器本体内壁镜面处理，顶盖和左端板、右端板、前侧板、后侧板之间通过密封垫片密封。
进一步，所述左石英杯和右石英杯连通处装有质子通道膜形成工作电极区和对电极区。
进一步，所述顶光源包括光源和光源罩，光源卡装在光源罩下方，光源罩内壁为镜面使光源光线集中摄入反应器本体内。
进一步，所述侧光源前端设置有光源汇集器使光线摄入反应器本体内。
有益效果
本发明提供一种的可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，将电催化与光催化相结合用于光催化还原反应，利用太阳光的能量，提高催化活性，延长了催化剂的寿命，提高了整个装置的催化效率。
附图说明
附图1是本发明主视方向结构示意图。
附图2是本发明俯视方向结构关系连接示意图。
附图3是本发明中内部电极连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
实施例
如附图1～3所示，一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：它包括催化还原反应容器1、光源系统2和电化学辅助系统3；
所述催化还原反应容器1包括反应器本体101，所述反应器本体101由左端板102、右端板103、前侧板104、后侧板105、顶盖106和底板107围城一个密封盒装体，所述左端板102、右端板103和顶盖106均内嵌有透明石英玻璃板107，反应器本体101内放置有互相联通的左石英杯108和右石英杯109，所述前侧板104设置有进气口104a和取样口104b，后侧板105设置有出气口105a和反应气体添加口105b，所述进气口104a和出气口105a通过外接管道连通，连通管路上装有循环气泵110和气象色谱114，进气口104a位于反应器本体101内侧管口连接有输气管111，输气管111浸入左石英杯108中，反应器本体101内壁上设置有热交换管112，热交换管112分别位于前侧板104和后侧板105上的两端分别穿出所在的前侧板104和后侧板105连接到反应器本体101外的冷却管113上形成温控循环回路；
所述光源系统2包括顶光源201和侧光源202，所述顶光源201位于顶盖106内嵌石英玻璃板107上方，侧光源202分别设置在左端板102和右端板103内嵌石英玻璃板107外侧对应位置；顶光源201包括光源201a和光源罩201b，光源201a卡装在光源罩201b下方，光源罩201b内壁为镜面使光源光线集中摄入反应器本体101内。侧光源202前端设置有光源汇集器202a使光线摄入反应器本体101内。
所述电化学辅助系统3包括电化学工作站301，电化学工作站301连接有至少三根电极导线302,302’,302’’，电极导线302,302’,302’’通过对应的密封接头302a,302’a,302’’a穿过后侧板105后连接到对应的有工作电极303、对电极304和参比电极305，工作电极303、对电极304和参比电极305分别位于左石英杯108和右石英杯109形成的对应的催化还原反应区中。左石英杯108和右石英杯109连通处装有质子通道膜115形成工作电极区和对电极区。
所述反应器本体101内壁镜面处理，顶盖106和左端板102、右端板103、前侧板104、后侧板105之间通过密封垫片密封。
将内部液相装置放入外壳中，关闭装置，将CO2钢瓶与12相连，通气1h，直至稳定；连接循环气泵，接12进气，17出气，按照附图3连接，开灯反应。
本发明反应装置所采用的工作电极材料为TiO2NTs，制备过程以经过抛光及清洗后的纯钛片为工作电极、铂片为对电极，在含氟-电解液中于20V的电压下工作电极氧化7小时，再经过清洗、干燥及退火等后处理，即制得TiO2纳米管阵列。对电极材料为MoS2/TiO2NTs，制备过程以经过抛光及清洗后的纯钛片为工作电极、铂片为对电极，含HF的二甘醇为电解液于60V的电压下工作电极氧化120小时，再经过清洗、干燥及退火等后处理，即制得有间距的TiO2纳米管阵列。继而，将制得的间距TiO2NTs放入一定量钼酸钠和硫代乙酰胺的前驱体溶液中，釜热24h，再经过异丙醇清洗、吹干，得到MoS2/TiO2NTs。
反应条件为外加偏压0.5V，300W氙灯下光电反应1小时，CO2转化率由在线监测系统检测，液体产物则取对电极反应液40mL，加入少量无水K2CO3，以及1mL溴甲烷，搅拌，放入冰箱纯化5小时，最后色谱测量产物含量。
本发明将电催化与光催化相结合用于CO2还原反应，利用电化学中偏压辅助光催化的原理，通过电化学工作站外加恒定电位迫使电子定向移动，避免电子和空穴复合，延长空穴的寿命，从而增加催化剂的使用时间，提高CO2还原效率；最高产碳酸二甲酯产率能达到30％以上，与先前其他装置10％的产率相比有大幅度的提到，此发明能够充分利用光源，高选择性还原CO2，催化剂的使用寿命较长，本发明还可应用于光电催化还原气相污染物、光电催化氧化液相污染物和能源再生等。同时反应催化剂采用MoS2/TiO2电极材料，基底TiO2纳米管阵列为阳极氧化法合成的极其稳定的材料，其周围负载的MoS2与TiO2能够很好结合，且能带匹配，同时利用MoS2高效传导电子的能力与TiO2纳米管阵列很好的限域作用，可以同时增加光的利用效率和促进CO2与催化剂的接触面积，增加活性位。

Claims (5)

1.一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：它包括催化还原反应容器(1)、光源系统(2)和电化学辅助系统(3)；
所述催化还原反应容器(1)包括反应器本体(101)，所述反应器本体(101)由左端板(102)、右端板(103)、前侧板(104)、后侧板(105)、顶盖(106)和底板(107)围城一个密封盒装体，所述左端板(102)、右端板(103)和顶盖(106)均内嵌有透明石英玻璃板(102’)，反应器本体(101)内放置有互相联通的左石英杯(108)和右石英杯(109)，所述前侧板(104)设置有进气口(104a)和取样口(104b)，后侧板(105)设置有出气口(105a)和反应气体添加口(105b)，所述进气口(104a)和出气口(105a)通过外接管道连通，连通管路上装有循环气泵(110)和气象色谱(114)，进气口(104a)位于反应器本体(101)内侧管口连接有输气管(111)，输气管(111)浸入左石英杯(108)中，反应器本体(101)内壁上设置有热交换管(112)，热交换管(112)分别位于前侧板(104)和后侧板(105)上的两端分别穿出所在的前侧板(104)和后侧板(105)连接到反应器本体(101)外的冷却管(113)上形成温控循环回路；
所述光源系统(2)包括顶光源(201)和侧光源(202)，所述顶光源(201)位于顶盖(106)内嵌石英玻璃板(102’)上方，侧光源(202)分别设置在左端板(102)和右端板(103)内嵌石英玻璃板(102’)外侧对应位置；
所述电化学辅助系统(3)包括电化学工作站(301)，电化学工作站(301)连接有至少三根电极导线(302,302’,302”)，电极导线(302,302’,302”)通过对应的密封接头(302a,302’a,302”a)穿过后侧板(105)后连接到对应的有工作电极(303)、对电极(304)和参比电极(305)，工作电极(303)、对电极(304)和参比电极(305)分别位于左石英杯(108)和右石英杯(109)形成的对应的催化还原反应区中。
2.如权利要求1所述的一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：所述反应器本体(101)内壁镜面处理，顶盖(106)和左端板(102)、右端板(103)、前侧板(104)、后侧板(105)之间通过密封垫片密封。
3.如权利要求1所述的一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：所述左石英杯(108)和右石英杯(109)连通处装有质子通道膜(115)形成工作电极区和对电极区。
4.如权利要求1所述的一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：所述顶光源(201)包括光源(201a)和光源罩(201b)，光源(201a)卡装在光源罩(201b)下方，光源罩(201b)内壁为镜面使光源光线集中摄入反应器本体(101)内。
5.如权利要求1所述的一种可在多因子变量条件下工作的光电催化还原反应装置，其特征在于：所述侧光源(202)前端设置有光源汇集器(202a)使光线摄入反应器本体(101)内。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106556637A (zh) * 2016-11-11 2017-04-05 上海理工大学 一种光电催化反应实验装置
CN107138111B (zh) * 2017-05-23 2019-02-22 郑州轻工业学院 一种二氧化碳催化还原反应装置
CN107138112A (zh) * 2017-06-26 2017-09-08 同济大学 一种多功能光电化学双室反应器及其应用
CN113061923B (zh) * 2021-03-12 2022-08-02 华中科技大学 一种高活性电化学自掺杂TiO2纳米管基材料及其制备与应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101773767A (zh) * 2010-02-08 2010-07-14 西北大学 内环流密闭式光催化还原co2膜反应装置及还原方法
US7927553B2 (en) * 2007-06-15 2011-04-19 Din-Ping Tsai Photocatalytic reactor with movable conformal light guiding plate
JP2013198762A (ja) * 2006-07-26 2013-10-03 Tw Innovations Llc 矯正おしゃぶり／乳首状器具
CN204294115U (zh) * 2014-12-01 2015-04-29 上海师范大学 全天候光电催化二氧化碳还原反应装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013198762A (ja) * 2006-07-26 2013-10-03 Tw Innovations Llc 矯正おしゃぶり／乳首状器具
US7927553B2 (en) * 2007-06-15 2011-04-19 Din-Ping Tsai Photocatalytic reactor with movable conformal light guiding plate
CN101773767A (zh) * 2010-02-08 2010-07-14 西北大学 内环流密闭式光催化还原co2膜反应装置及还原方法
CN204294115U (zh) * 2014-12-01 2015-04-29 上海师范大学 全天候光电催化二氧化碳还原反应装置

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