CN104492358B - 一种光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开<b>一种光催化反应器</b>，由光源系统，反应系统，采样系统和控制系统组成，能实现反应过程自动和同步采样，多个反应器同步反应和反应条件控制等功能。其特点是所述的光源系统的光源可以根据实验需要选择紫外光、可见光或者自然光；光源系统产生的竖直方向的光源可被分光镜反射均匀地分成复数道水平的光，照射到不同的反应器；所述的反应系统由复数个相同但彼此独立的反应器组成，在外接循环液的作用下控制着各反应器的温度，反应器设有采样开关，实现手动采样或者与采样系统的配合实现自动采样。该装置不仅组成简易，操作方便，而且能严格控制光催化反应的条件，同时探索不同因素对光催化反应的影响，在光催化研究领域具有应用前景。
Description
技术领域
本发明涉光催化材料性能测试的领域，特别是一种能够自动采样，影响条件控制和多反应单元同步进行的实验装置。
背景技术
有机污水的排放已经成为工业污水的排放大户。有机污水是以有机污染物为主要成分的污水，较难处理，容易引起环境污染和生态破坏，威胁到人们的生存与发展。目前，污水的处理方法可分为物理法，化学法，生物法等。这些传统的处理方法虽然取得了一定的成效，但存在二次污染的风险，且处理成本较高。光催化氧化法属于新兴的污水处理方法——高级氧化法(AOPs)中的一种。在光的照射下，催化剂(如TiO2和ZnO等)可将污染物彻底降解不存在二次污染(几乎所有的有机物都能被降解成CO2、H2O等简单无机物)，处理效率高，且催化剂廉价易得，性能稳定，是处理有机污水较理想方法；另外，太阳能属于清洁的可再生能源，利用好太阳能不仅能缓解环境污染的问题还能解决能源问题，因此光催化氧化法成为研究热点。
自1972年Fujishma和Honda发现TiO2催化剂在紫外光的照射下可将纯水催化分解为氢气和氧气的现象以来，光催化分解水和降解水体中的有机污染物成为了研究热点，提升催化剂性能或者将光催化应用于污水处理的公开专利越来越多，如ZL201310282926.X、ZL201310298021.1、ZL201310053472.9和ZL201310072669.7等。相关的研究表明，光催化材料在不同的条件下其催化性能存在较大的差异，而影响光催化材料催化降解的性能的因素众多，主要包括：光源(紫外光，可见光，或者太阳光)，光强，反应体系的温度、pH及溶解氧等。目前，关于光催化反应的装置的专利也不少(如ZL201110413781.3和ZL200910062171.6等)，但是用于准确控制外界条件，研究不同条件下光催化材料光催化性能的实验装置鲜有报道。而科学的研究外界条件如何影响光催化材料的光催化性能是很有必要的，对光催化的理论研究和实际应用具有重要的意义。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的目的在于提供一种光催化反应器，以实现对光催化反应过程影响因素的准确控制和探讨，实现多反应器同步反应，光催化过程的自动采样和多个反应器的同步采样。
本发明的目的还在于提供不同的光源(紫外光，可见光和自然光)，用于探究光催化材料在不同光源的条件下对污染物的降解效果。
本发明的目的还在于利用光源系统的反射镜将竖直方向的光源分成复数道水平方向的光源，照射到不同的反应器，从而保证了不同反应器的光具有相同的性质(波长和光强等)。
本发明的目的还在于设计复数个反应器(六个)，可同时用于实验，减弱外界因素对光催化过程的干扰，提高实验的科学性，比如：可以在相同的反应条件下，探讨不同光催化材料的光催化性能；也可以研究相同的光催化材料在不同的反应条件(如温度，pH等)下的光催化性能，不同的反应器能够同时进行光催化反应。
本发明的目的还在于设计一种光催化反应器，以实现反应温度、反应溶液性质的控制，研究不同的反应温度，pH或者溶解氧等对光催化过程的影响。
本发明的目的还在于设计一种采样系统，能够实现光催过程的手动采样，或者自动和定时采样，进而实现各个反应器之前的同步采样，以避免人工采样带来的误差，同时也能节省人力。
为实现本发明的目的，采用技术方案如下：所述的一种光催化反应器，包括四大部分，自上而下分别为光源系统、反应系统、采样系统和控制系统，其特征在于：所述的光源系统的光源根据实验需要选择紫外光、可见光或者自然光；光源系统产生的竖直方向的光源照射到分光镜后被分光镜均匀地反射成复数道水平的光，每道水平光照射到反应系统中，保证照射到不同反应系统的光具有相同的波长和光强；所述的反应系统由复数个相同但彼此独立的反应器组成，反应系统在外接循环液的作用下控制着各反应器的温度；反应器设有采样开关，采样开关与手动采样器或者与采样系统的自动采样器连接实现反应器的样品采样。
所述的光源系统包括灯、凹形灯罩、光源底罩、高度调节器、下固定器、上固定器和分光器；在凹形灯罩内设有灯，灯由外接电源供电，凹形灯罩的下开口由光源底罩密闭，光源底罩由高度调节器支撑，在凹形灯罩顶部设有出水口，在凹形灯罩底部侧面设有能外接冷却水的进水口，进水口内端经位于凹形灯罩内布设的散热管道连接到出水口；在位于下固定器和上固定器的中心处设有中心固定器；灯被固定在凹形灯罩内侧的顶部，所发出的光经过凹形灯罩的反射，形成一束竖直向下的光，穿过光源底罩进入位于光源底罩下面的分光器，分光器包括分光镜和光通道，一个分光镜与一个光通道连接，竖直向下进入分光器的光在分光镜的反射下，分成复数道水平方向的光，每道水平方向的光经过光通道进入每个反应器；整个分光器置于下固定器和上固定器中间，且分光器中的分光镜被固定在位于下固定器和上固定器中心的中心固定器上，相邻的两块分光镜之间设有遮光板，保证不同的光束之间不会相互干扰，每一个光通道上均设有三个卡槽，所述卡槽能截断光通道。
所述的光源系统的分光器有六个分光镜，分光镜采用反光镜，每个反光镜的反射面与水平面呈45°，六个反射镜的上边缘正好围成一个正六边形，光源产生的竖直向下的光束经过反射镜的反射，被分为六道性质相同的水平光束，竖直进入分光器的光在分光镜的反射下，分成六道水平方向的光，水平方向的光经过光通道进入每个反应器，中心固定器为一个正六棱柱的中心固定器，正六棱柱的六个面分别固定着六块相同的反光镜，六个反光镜与中心固定器之间形成中心对称关系，在水平光的光通道处依次设有的三个卡槽能分别插入紫外滤光片、红外滤光片和遮光片。
所述的反应系统由反应器、控温器、进出料部分和测温器组成，所述反应系统的反应器的前侧面与分光器相邻设置且朝向分光器的任一光通道，接收光源系统产生的水平光束，反应器内能进行光催化反应；反应器的上侧面设有进料口，进料口由连接有圆形把手的进料门密封且通过圆形把手开启或闭合进料门；测温器固定在反应器的上侧面且伸入反应器内部，用于检测实验溶液的实际温度。
在反应器的右侧靠近底面处设有采样系统，其由采样管、出液口和采样开关组成，采样管经采样开关连接出液口，采样开关与手动采样器或者与采样系统的自动采样器连接，采样开关能控制实验溶液经过采样管和出液口流出而被收集。
所述的反应系统的反应器的上面设有直通反应器内腔的可拆卸的进气管和出气管；反应器的三个侧面被呈“凹”字形的控温器的相应侧面包裹；在控温器的左侧下方和右侧上方分别设有直通反应器内腔的循环液入口和循环液出口，用于外接循环液，以实现控制反应器的温度。
所述的采样系统置于反应器的右侧靠近底面处，采样系统外有保护盒封装，保护盒设置在反应器的下方，在保护盒的前方设有一个由取样门开闭的取样口，取样门连接拉动把手，通过拉动把手能启闭取样门，通过取样口取出采集的样品，在进行光催化反应的情况下能通过关闭取样门，使保护盒保持黑暗而保护要采集的样品；在保护盒的上侧面靠右部分和右侧面设有相互连通的两个开口分别为采样口和观察口；在采样口上设有能挡住采样口的水平挡板，打开水平挡板能使溶液样品从出液口流到位于采样口下面设置有的样品接收盘上的样品管内，在没有采样的过程中水平挡板盖住采样口使之处于关闭状态，防止杂物掉到样品管内；观察口用于观察采样系统内部的运行情况。
在位于反应器正下方的保护盒内部的顶部固定一个磁力搅拌器，其能带动反应器内置放有的磁粒子转动，从而使反应器内的实验溶液和催化材料形成比较均匀的悬浊液；样品盘电机固定在保护盒内部的底面上，样品盘电机连接样品盘转轴，通过样品盘转轴支撑样品接收盘且样品盘电机带动样品盘转轴、样品接收盘转动而实现样品接收盘中的样品管的切换；在位于样品接收盘的靠近边缘处均匀地分布有八个孔，每个孔用于放样品管。
所述的采样系统的自动采样器由采样电机、转轴、大齿轮和小齿轮组成，大齿轮的中心处固定在采样电机的转轴末端，采样电机转动带动转轴转动，转轴转动带动大齿轮转动，大齿轮的顶部设一个缺口，采样开关的下边缘能放到缺口内部且由大齿轮带动移动；小齿轮的中心固定在采样电机的转轴的靠近末端处，小齿轮的下边缘与水平挡板相连接；当采样电机带动转轴逆时针转动一定角度时，大齿轮和小齿轮也同时逆时针转过一定角度，此时，大齿轮推动采样开关向左移动，打开采样开关，使实验溶液从出液口流出，而水平挡板向右滑动，打开采样口，使实验溶液从出液口流出后经采样口进入位于出液口正下方的样品接收盘上的样品管内，让实验溶液被样品管接收到；当采样持续一定时间后，启动采样电机使之顺时针转过一定的角度，在转轴的带动下，大齿轮拉动采样开关向右移动，关闭采样开关，结束采样，同时水平挡板板向左滑动，关闭采样口，将其下面的干净的样品管遮住，防止溶液滴入或者杂物掉进去。
所述的控制系统位于最底部，其操作界面由紧急停止、总开关，电源指示灯、灯源开关、和各个反应器的开关、温度、采样间隔、持续采样时间、搅拌开关和搅拌速度控制部件组成，用于控制反应的进行；通过设置采样间隔，控制采样的次数；通过设置采样持续时间，控制采样的溶液的量；各反应器的温度由外界的循环液温度所控制，反应器的光强用光强测定仪测定。
本发明优选的，在上述的光催化反应器的光源系统由灯、凹形灯罩、光源底罩、高度调节器、进水口、出水口、反光镜，滤光片，遮光片，中心固定器，上固定器、下固定器和分光器组成；凹形灯罩位于顶端，灯罩是中空的，内布设有散热管道，可通入冷凝水，用于带走光源发光时产生的热量，保护光源，外层为普通玻璃，内层是一个凹形反光镜。灯(采用如氙灯、钨灯、汞灯等)被固定在一个凹形反光镜顶部，灯发出来的光，经过反射产生竖直向下的平行光；凹形灯罩的下开口由光源底罩密闭，光源底罩由高度调节器支撑，通过伸缩，可以调节光源的高度。凹形灯罩、灯、光源底罩和高度调节器各部分之间通过卡槽相互连接，可方便拆卸，以更换灯，从而实现切换灯源的目的。此外，凹形灯罩、灯、光源底罩和高度调节器可以整体卸下来，采用自然光(太阳光)进行光催化反应的研究。
优选的，在上述的光源系统中，分光器位于在光源底罩的正下方，中心是一个正六棱柱的中心固定器，中心固定器的六个面分别固定着六块相同的反光镜，反光镜的反射面均与水平面呈45°朝上放置，各反射镜的上边缘正好围成一个正六边形，整个分光器置于下固定器和上固定器中间。光源产生的竖直光束经过反射镜的反射，被分为六道性质相同的水平光束，以尽量消除不同反应器之间光源的差异；相邻的两个分光镜之间设有遮光片，防止不同方向的光源相互干扰。在水平光的光通道处依次设有三个卡槽，根据实验需要，可以分别插入紫外滤光片、红外滤光片和遮光片，这些附件分别用于过滤紫外光(波长<400nm)、红外光(波长>800nm)和挡住光线。
优选的，在上述的光催化反应器的反应系统由反应器、控温器、进出料部分和测温器组成。反应器与外界相连接的部位均有密封处理，保证反应器由良好的气密性。反应器呈立方体，其材质是石英玻璃，是光催化反应的主要场所。反应器背面靠在光源系统水平光的光通道处，接收光源引发反应。控温器是呈“凹”字形的普通玻璃，紧靠在反应器左、前和右侧面，其内部是中空的，在左侧和右侧分别设有下和上两个出口，可外接循环液，用于调节反应器内部的温度；反应器的上侧面设有进料口、进气管、采气管，同时反应器的右侧面中心靠近底面设有采样管；测温器穿过上侧面，伸到反应器内部，测量实验溶液的温度。
优选的，在上述光催化反应器的反应器进出料部分组成由进料口、进气管、采气管和采样管组成。进料口位于上侧面靠左边的中间位置，用于往反应器内加实验溶液和催化剂等。进气管设置在上侧面的中间，穿过容器壁，伸入到容器的中下部，末端装有一个曝气球，用于分散气体和通过曝气对溶液起到搅拌的作用。采气管位于进气管的右侧，穿过容器壁，末端稍稍露出，未伸入溶液中，可用于采集反应器反应过程中产生的气体，或者在有气体通入时做出气管使用。采样管专门用于液体采用分析，设置在反应器的右侧面中下部位，穿过温控器的容器壁，伸入到反应溶液；采样管的另一端设有采样开关和出液口，往左推动采样开关，实验液体将流出来，通过出液口进入样品管；往右拉采样开关，可以关闭采样，阻止液体流出。
优选的，在上述的光催化反应器的采样系统主要由保护盒、磁力搅拌器、水平挡板、样品接收器、自动采样器和两个电机组成。保护盒用于固定其它部件和暂时保护样品溶液，上侧面和右侧面分别设有两个相互连通的开口，上侧面的开口用于固定水平挡板，右侧开口用于观察。在前侧面设有一个取样门，用于取出样品；磁力搅拌器固定在盒子的顶部，位于反应器的正下方，在磁力搅拌器的控制下，带动反应器内的磁力搅拌子转动，从而搅拌反应溶液，使反应溶液和催化材料形成均匀的混合液。
优选的，在上述光催化反应器的样品接收器，由样品接收盘，样品盘转轴和样品盘电机组成。样品接收盘是一个薄片，呈正八边形，在其靠近边缘的部分均匀地分布八个孔，用于放样品管(如离心管或者小试管)；样品存放盘水平放置在保护盒内部，由一个样品盘转轴支撑起来，样品盘转轴的另一端连接着一个样品盘电机，样品盘电机固定在盒子的底部；样品盘电机通过样品盘转轴带动样品接收盘定时地转过一定的角度，实现样品管的自动切换。
优选的，在上述光催化反应器的自动采样器由一个采样电机、转轴、大齿轮和小齿轮组成，用于实现自动采样的功能。大齿轮的底部固定在转轴末端，大齿轮的顶部设一个缺口，采样开关的下边缘可以套到缺口内部；小齿轮的中心固定在电机转轴靠近末端的中心上，下边缘与水平挡板相连接。水平挡板放置在保护盒的上侧面的开口处，可以滑动；当采样电机带动转轴逆时针转动一定的角度时，大齿轮和小齿轮也同时逆时针转过一定角度，此时，大齿轮推动采样开关向左移动，打开采样开关，使实验溶液流出，而水平挡板向右滑动，使处于出液口正下方的样品管暴露出来，让实验溶液被样品管接收到；当采样持续一定时间后，采样电机顺时针转过一定的角度，在转轴的带动下，大齿轮拉动采样开关向右移动，关闭采样开关，结束采样，同时水平挡板向左滑动，将下面的干净的样品管遮住，防止溶液滴入或者杂物掉进去。
优选的，在上述的光催化反应器的控制系统用于控制光催化反应的主要过程和显示光催化过程的部分参数；控制系统的操作界面由紧急停止、总开关，电源指示灯和各个反应器的开关、采样间隔、采样持续时间、磁力搅拌的开关和搅拌速度等控制开关组成，用于控制反应的进行；温度显示器主要用于显示各个反应器的实际温度，反应器的温度用外接的循环液温度控制，反应器的光强用光强测定仪测定。
从上述的技术方案可以看出，本发明具有如下优点：
该光催化反应器可以实现方便且有效地控制影响光催化反应的相关条件，有利于探讨相关的影响因素对光催化材料光催化性能的影响。
该光催化反应器的光源可以依据实验的需要进行方便地切换，可以选择的光源有紫外光，可见光，太阳光，提高了该装置的实用性。
该光催化反应器具有光源高度调节器，高度调节器通过伸缩，调剂光源的高度，从而实现探讨光强对光催化反应的影响。
该光催化反应器设有多个分光镜，可以将同一束光源分成多束的光，用于光催化反应，保证了不同的反应器之间的光具有相同的性质，消除了不同光源之间的误差，提高了实验的可靠性。
该光催化反应器的反应器设有温控器和进气管，可以探究温度、不同气体气氛或者溶解氧溶度对光催化材料光催化性能的影响。
该反应器具有自动采样的装置，能够实现手动采样、自动采样、定时采样、不同反应器的同步采样。
该反应器具有复数个反应器，可以同时进行多个催化材料的光催化性能的探索，也能实现同一种光催化材料在不同条件下的光催化性能，提高实验的效率和准确性。
附图说明
图1是本发明公开的光催化反应器的整体示意图。
图2是光源示意图。
图3是分光器示意图。
图4是分光镜俯视图。
图5是反应器示意图。
图6是反应器俯视图。
图7是反应器主视图。
图8是反应器右视图。
图9是采样器示意图。
图10是采样器俯视图。
图11是采样器主视图。
图12是采样器右视图。
图13是样品接收盘示意图。
图14是控制系统示意图。
具体实施方式
为了更清楚地解释本发明，下面将通过一些附图作简单地介绍，显而易见地，下面所列的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于该领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
下面将结合附图1-图14，针对其中的一个反应器(其余反应器的情况完全一致)，对本发明进行更详细说明，以使本领域的技术人员能参考并实施。
如附图1所示，本发明——一种光催化反应器，包括四大部分，如图1所示分别为光源系统A、反应系统B、采样系统C和控制系统D。
光源系统A主要用于提供光源，包括灯1、凹形灯罩2、光源底罩3、高度调节器4、下固定器13、上固定器9和分光器，在凹形灯罩2内设有灯1，灯1外接电源由电源供电，凹形灯罩2的下开口由光源底罩3密闭，光源底罩3由高度调节器4支撑，在凹形灯罩2顶部设有出水口6，在凹形灯罩2底部侧面设有进水口5，进水口5内端经位于凹形灯罩2内布设的散热管道连接到出水口6，在位于下固定器13和上固定器9的中心处设有中心固定器10。所述的光源系统的光源可以根据实验需要选择紫外光、可见光或者自然光(太阳光)，如图2，图3和图4所示，本实施例的光源系统的光源优选灯1，灯1由外电源供电以发光，灯1被固定在凹形灯罩2内侧的顶部，所发出的光经过凹形灯罩2的反射，形成一束竖直向下的光，穿过光源底罩3进入位于光源底罩3下面设置有的分光器，分光器包括分光镜7和光通道8，一个分光镜7与一个光通道8连接，本实施例有六个分光镜7，分光镜7采用反光镜，反光镜的反射面均与水平面呈45°朝上放置，各反射镜的上边缘正好围成一个正六边形，光源产生的竖直光束经过反射镜的反射，被分为六道性质相同的水平光束，以尽量消除不同反应器之间光源的差异。在发光的过程中，往进水口5通入冷凝水，由出水口6引出水，以带走灯1在发光过程中会产生的热，保护灯源。竖直进入分光器的光在分光镜7的反射下，分成六道水平方向的光经过光通道8进入每个反应器14，整个分光器置于下固定器13和上固定器9中间，且分光器中的六个分光镜7被固定在位于下固定器13和上固定器9中心的中心固定器10上，本发明的中心固定器10优选一个正六棱柱的中心固定器，正六棱柱的六个面分别固定着六块相同的反光镜，六个分光镜7(即反光镜)与中心固定器10之间形成中心对称关系，反光镜的反射面均与水平面呈45°朝上放置，各反射镜的上边缘正好围成一个正六边形，光源产生的竖直光束经过反射镜的反射，被分为六道性质相同的水平光束，以尽量消除不同反应器之间光源的差异。相邻的两块分光镜7之间设有遮光板11，保证不同的光束之间不会相互干扰，每一个光通道8上均设有三个卡槽12，所述卡槽12能截断光通道8，优选光通道8上均设有三个并排排列的均能截断光通道8的卡槽12，根据实验的需要放置滤光片或者遮光片以便阻挡通过光通道8的光，即在水平光的光通道处依次设有三个卡槽，根据实验需要，可以分别插入紫外滤光片、红外滤光片和遮光片，这些附件分别用于过滤紫外光(波长<400nm)、红外光(波长>800nm)和挡住光线。
如图5,图6,图7和图8所示，所述的反应系统B设于光源系统A下面，由反应器14、控温器19、进出料部分和测温器20组成，其中有六个相同但彼此独立的反应器14，反应器与外界相连接的部位均有密封处理，保证反应器由良好的气密性。反应器呈立方体，其材质是石英玻璃，是光催化反应的主要场所。所述反应系统B的反应器14的前侧面与分光器相邻设置且朝向分光器的任一光通道8，接收光源系统产生的水平光束，进行光催化反应。反应器14的上侧面设有进料口18，进料口18由连接有圆形把手16的进料门17密封且通过圆形把手16开启或闭合进料门17，在反应器14的上面设有直通反应器14内腔的可拆卸的进气管15和出气管25，往反应器14内腔加入实验溶液和催化材料；根据实验的需要可以往进气管15通入气体(进气管15底部有曝气球，曝气球使气体均匀分散并起到搅拌的作用)，出气管25用于收集本发明的光催化反应器反应产生的气体，用于探讨光催化的机理；如果实验过程无需用到进气管15和出气管25，可以将其卸下来。测温器20固定在反应器14的上侧面，伸入反应器内部，用于检测实验溶液的实际温度。反应器14的左侧面，前侧面和右侧面被呈“凹”字形的控温器19环绕，即控温器是呈“凹”字形的普通玻璃，其内部是中空的、用于内置反应器14，其内部的左、前和右侧面相应地紧靠在反应器左、前和右侧面上，控温器用于调节(保温等作用)反应器内部的温度，在控温器19的左侧下方和右侧上方分别设有直通反应器14内腔的循环液入口26和循环液出口24，用于外接循环液，以实现控制反应器14的温度。在反应器14的右侧靠近底面处设有采样系统，由采样管23、出液口21和采样开关22组成，采样管23经采样开关22连接出液口21，往左边推动采样开关22，可以使采样开关22打开，实验溶液经过采样管23和出液口21流出来，而被收集；往右边拉动采样开关22，可以关闭采样开关22，防止实验溶液流出来。
采样系统C置于反应器14的右侧靠近底面处，如图9,图10,图11,图12和图13所示，采样系统C被一个保护盒31封装起来，保护盒31用于固定其它部件和暂时保护样品溶液；在保护盒31的前方设有一个由取样门36开闭的取样口38，取样门30连接拉动把手37，通过拉动把手37，可以打开取样门36，通过取样口38取出采集的样品，在进行光催化反应的情况下，关闭取样门36，使保护盒保持黑暗，暂时保护采集的样品；在保护盒31的上侧面靠右部分和右侧面设有相互连通的两个开口分别为采样口34和观察口30；在采样口34上设有能挡住采样口34的水平挡板28，水平挡板28可以水平滑动，在自动采样的过程中，打开水平挡板28使溶液样品从出液口21流到位于采样口34下面设置有的样品接收盘29上的样品管内，在没有采样的过程中水平挡板28盖住采样口34使之处于关闭状态，防止杂物等掉到样品管内；观察口30用于观察采样系统内部的运行情况。在位于反应器14正下方的保护盒31内部的顶部上固定一个磁力搅拌器，可以带动反应器内置放有的磁粒子转动，从而使实验溶液和催化材料形成比较均匀的悬浊液。样品盘电机39固定在保护盒31内部的底面上，通过样品盘转轴40支持起样品接收盘29且样品盘电机39，样品盘电机39在控制系统D的控制下，可以定时转过一定的角度，实现样品管的切换，以准备接收下一个样品，所述控制系统D为一般技术人员能实现的技术；样品接收盘29是一个八边形薄片，在其靠近边缘的部分位于同一平面上均匀地分布有八个孔41，每个孔用于放样品管(如离心管或者小试管)。自动采样器由采样电机27、转轴35、大齿轮33和小齿轮32组成，大齿轮33的底部固定在采样电机27的转轴35末端，采样电机27转动带动转轴转动，转轴转动带动大齿轮33转动，大齿轮33的顶部设一个缺口，采样开关22的下边缘可以放到缺口内部；小齿轮32的中心固定在采样电机27的转轴靠近末端的中心上，小齿轮32的下边缘与水平挡板28相连接；当采样电机27带动转轴逆时针转动一定的角度时，大齿轮33和小齿轮32也同时逆时针转过一定角度，此时，大齿轮33推动采样开关22向左移动，打开采样开关，使实验溶液从出液口21流出，而水平挡板28向右滑动，打开采样口34，使溶液从出液口21流出后经采样口34进入位于出液口21正下方的样品接收盘29上的样品管内，让实验溶液被样品管接收到；当采样持续一定时间后，采样电机27顺时针转过一定的角度，在转轴35的带动下，大齿轮33拉动采样开关22向右移动，关闭采样开关22，结束采样，同时水平挡板28板向左滑动，关闭采样口34，将下面的干净的样品管遮住，防止溶液滴入或者杂物掉进去。
控制系统D位于整个实验装置的最底部，如图14所示控制系统的操作界面由紧急停止、总开关，电源指示灯、灯源开关、和各个反应器的开关、温度、采样间隔、持续采样时间、搅拌开关和搅拌速度等控制部件组成，用于控制反应的进行；温度显示器主要用于显示各个反应器的实际温度。通过设置采样间隔，可以控制采样的次数；通过设置采样持续时间，可以控制采样的溶液的量。各反应器的温度由外界的循环液温度所控制，反应器的光强用光强测定仪测定，所述控制系统D为一般技术人员能实现的技术。
采用本发明，进行光催化材料性能测试时，主要步骤如下：
(1)装灯：根据实验的需要在凹形灯罩2内装上灯1(如氙灯、钨灯、汞灯等)，如果实验需要使用太阳光(自然光)，可将灯1、凹形灯罩2、光源底罩3和高度调节器4卸下来，将装置置于太阳下方，采集太阳光，用于研究，然后接通电源；
(2)调光强：打开灯1，使用光强测定仪，在光通道8的出口处测量光强，根据实验的需要，通过调节高度调节器4，调光强，待光强达到预定值时，固定组高度调节器14，并先关闭灯1；
(3)装滤光片：根据实验的需要，在卡槽12装上相应的滤光片；
(4)通气：根据实验的需要，选择是否往反应器14内通入气体，如果需要通入气体(如空气，氮气等)，则先装上进气管15和出气管25，如果不需要通入气体，则不需装上这两个部件；
(5)加料：打开进料门17，往进料口18加入对应的催化材料和实验溶液，同时放入合适的磁粒子，起到搅拌的作用(如有通入气体，可以使用进气管15末端的曝气球对溶液进行搅拌)；
(6)控温：根据实验的需要设定好外接循环液的温度后，完循环液入口26通入循环液，并通过循环液出口24引出循环液，待仪器稳定一定时间后，反应器14的温度达到稳定，测温器20将测定反应器14的温度，并显示在控制系统D相应的位置上；
(7)暗吸附阶段：先关闭光源，或者在卡槽12装上遮光片(在仪器已经运行的情况下，并要增加新的反应器时)，保证反应器14处于黑暗的状态，让催化材料和实验溶液搅拌足够长的时间，以达到吸附脱附平衡；
(8)光反应阶段：待达到吸脱附平衡后，打开光源，或者从卡槽12上抽出遮光片，让光进入反应器14，开始进行光催化反应；
(9)采样取样：根据实验的需要，选择手动采样，或者自动采样，如果是自动采样，首先在样品接收盘29上放好样品管，然后再控制系统D的操作界面上设定好采样间隔和采样持续时间，待采样结束后，适时取样；
(10)结束实验：待光催化实验结束时，取出所收集的样品(如果还未取出样品的话)，再往卡槽12插入遮光片(如果是全部实验结束了，则可以关闭电源)，然后关闭外循环液，等反应器恢复到室温后，卸下反应系统B，最后关掉相关的开关，关闭电源。
(11)紧急停止：如果在实验过程中遇到紧急情况，按下控制系统D的紧急停止按钮，立即停止实验，以确保实验的安全。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种光催化反应器，包括四大部分，自上而下分别为光源系统(A)、反应系统(B)、采样系统(C)和控制系统(D)，其特征在于：所述的光源系统的光源根据实验需要选择紫外光、可见光或者自然光；光源系统产生的竖直方向的光源照射到分光镜后被分光镜均匀地反射成复数道水平的光，每道水平光照射到反应系统中，保证照射到不同反应系统的光具有相同的波长和光强；所述的反应系统由复数个相同但彼此独立的反应器组成，反应系统在外接循环液的作用下控制着各反应器的温度；反应器设有采样开关，采样开关与手动采样器或者与采样系统的自动采样器连接实现反应器的样品采样；所述的光源系统(A)包括灯(1)、凹形灯罩(2)、光源底罩(3)、高度调节器(4)、下固定器(13)、上固定器(9)和分光器；在凹形灯罩(2)内设有灯(1)，灯(1)由外接电源供电，凹形灯罩(2)的下开口由光源底罩(3)密闭，光源底罩(3)由高度调节器(4)支撑，在凹形灯罩(2)顶部设有出水口，在凹形灯罩(2)底部侧面设有能外接冷却水的进水口(5)，进水口(5)内端经位于凹形灯罩(2)内布设的散热管道连接到出水口(6)；在位于下固定器(13)和上固定器(9)的中心处设有中心固定器(10)；灯(1)被固定在凹形灯罩(2)内侧的顶部，所发出的光经过凹形灯罩(2)的反射，形成一束竖直向下的光，穿过光源底罩(3)进入位于光源底罩(3)下面的分光器，分光器包括分光镜(7)和光通道(8)，一个分光镜(7)与一个光通道(8)连接，竖直向下进入分光器的光在分光镜(7)的反射下，分成复数道水平方向的光，每道水平方向的光经过光通道(8)进入每个反应器(14)；整个分光器置于下固定器(13)和上固定器(9)中间，且分光器中的分光镜(7)被固定在位于下固定器(13)和上固定器(9)中心的中心固定器(10)上，相邻的两块分光镜(7)之间设有遮光板(11)，保证不同的光束之间不会相互干扰，每一个光通道(8)上均设有三个卡槽(12)，所述卡槽(12)能截断光通道(8)。
2.如权利要求1所述的一种光催化反应器，其特征在于：所述的光源系统(A)的分光器有六个分光镜(7)，分光镜(7)采用反光镜，每个反光镜的反射面与水平面呈45°，六个反射镜的上边缘正好围成一个正六边形，光源产生的竖直向下的光束经过反射镜的反射，被分为六道性质相同的水平光束，竖直进入分光器的光在分光镜(7)的反射下，分成六道水平方向的光，水平方向的光经过光通道(8)进入每个反应器(14)，中心固定器(10)为一个正六棱柱的中心固定器，正六棱柱的六个面分别固定着六块相同的反光镜，六个反光镜与中心固定器(10)之间形成中心对称关系，在水平光的光通道处依次设有的三个卡槽(12)能分别插入紫外滤光片、红外滤光片和遮光片。
3.如权利要求1或2所述的一种光催化反应器，其特征在于：所述的反应系统(B)由反应器(14)、控温器(19)、进出料部分和测温器(20)组成，所述反应系统的反应器(14)的前侧面与分光器相邻设置且朝向分光器的任一光通道(8)，接收光源系统产生的水平光束，反应器(14)内能进行光催化反应；反应器(14)的上侧面设有进料口(18)，进料口(18)由连接有圆形把手(16)的进料门(17)密封且通过圆形把手(16)开启或闭合进料门(17)；测温器(20)固定在反应器(14)的上侧面且伸入反应器内部，用于检测实验溶液的实际温度。
4.如权利要求3所述的一种光催化反应器，其特征在于：在反应器(14)的右侧靠近底面处设有采样系统，其由采样管(23)、出液口(21)和采样开关(22)组成，采样管(23)经采样开关(22)连接出液口(21)，采样开关与手动采样器或者与采样系统的自动采样器连接，采样开关(22)能控制实验溶液经过采样管(23)和出液口(21)流出而被收集。
5.如权利要求3所述的一种光催化反应器，其特征在于：所述的反应系统(B)的反应器(14)的上面设有直通反应器(14)内腔的可拆卸的进气管(15)和出气管(25)；反应器(14)的三个侧面被呈“凹”字形的控温器(19)的相应侧面包裹；在控温器(19)的左侧下方和右侧上方分别设有直通反应器(14)内腔的循环液入口(26)和循环液出口(24)，用于外接循环液，以实现控制反应器(14)的温度。
6.如权利要求4所述的一种光催化反应器，其特征在于：所述的采样系统(C)置于反应器(14)的右侧靠近底面处，采样系统(C)外有保护盒(31)封装，保护盒(31)设置在反应器(14)的下方，在保护盒(31)的前方设有一个由取样门(36)开闭的取样口(38)，取样门(36)连接拉动把手(37)，通过拉动把手(37)能启闭取样门(36)，通过取样口(38)取出采集的样品，在进行光催化反应的情况下能通过关闭取样门(36)，使保护盒保持黑暗而保护要采集的样品；在保护盒(31)的上侧面靠右部分和右侧面设有相互连通的两个开口分别为采样口(34)和观察口(30)；在采样口(34)上设有能挡住采样口(34)的水平挡板(28)，打开水平挡板(28)能使溶液样品从出液口(21)流到位于采样口(34)下面设置的样品接收盘(29)上的样品管内，在没有采样的过程中水平挡板(28)盖住采样口(34)使之处于关闭状态，防止杂物掉到样品管内；观察口(30)用于观察采样系统内部的运行情况。
7.如权利要求6所述的一种光催化反应器，其特征在于：在位于反应器(14)正下方的保护盒(31)内部的顶部固定一个磁力搅拌器，其能带动反应器内置放有的磁粒子转动，从而使反应器(14)内的实验溶液和催化材料形成比较均匀的悬浊液；样品盘电机(39)固定在保护盒(31)内部的底面上，样品盘电机(39)连接样品盘转轴(40)，通过样品盘转轴(40)支撑样品接收盘(29)且样品盘电机(39)带动样品盘转轴(40)、样品接收盘(29)转动而实现样品接收盘(29)中的样品管的切换；在位于样品接收盘(29)的靠近边缘处均匀地分布有八个孔(41)，每个孔用于放样品管。
8.如权利要求6所述的一种光催化反应器，其特征在于：所述的采样系统(C)的自动采样器由采样电机(27)、转轴(35)、大齿轮(33)和小齿轮(32)组成，大齿轮(33)的中心处固定在采样电机(27)的转轴(35)末端，采样电机(27)转动带动转轴转动，转轴转动带动大齿轮(33)转动，大齿轮(33)的顶部设一个缺口，采样开关(22)的下边缘能放到缺口内部且由大齿轮(33)带动移动；小齿轮(32)的中心固定在采样电机(27)的转轴的靠近末端处，小齿轮(32)的下边缘与水平挡板(28)相连接；当采样电机(27)带动转轴(35)逆时针转动一定角度时，大齿轮(33)和小齿轮(32)也同时逆时针转过一定角度，此时，大齿轮(33)推动采样开关(22)向左移动，打开采样开关，使实验溶液从出液口(21)流出，而水平挡板(28)向右滑动，打开采样口(34)，使实验溶液从出液口(21)流出后经采样口(34)进入位于出液口(21)正下方的样品接收盘(29)上的样品管内，让实验溶液被样品管接收到；当采样持续一定时间后，启动采样电机(27)使之顺时针转过一定的角度，在转轴(35)的带动下，大齿轮(33)拉动采样开关(22)向右移动，关闭采样开关(22)，结束采样，同时水平挡板(28)板向左滑动，关闭采样口(34)，将其下面的干净的样品管遮住，防止溶液滴入或者杂物掉进去。
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