CN104707556A - 一种悬浮型光催化反应器用的颗粒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特点是：颗粒为空心椭球型，壳体材质为钢化石英玻璃，壳体外壁（颗粒表面）有不规则凹陷。颗粒加入悬浮型光催化反应器后，随着反应器内液体流动而均匀分布。当光照射到颗粒表面时，颗粒表面不规则凹陷可将光反射（或折射）到不同方向。由于反应器内颗粒很多，光可以在液相中形成多次反射（或折射），因而光能利用率大幅提高，同时也提升了反应器效率。本发明提供的颗粒具有结构简单、制造成本低、使用方便、适用范围广、性能稳定等优点，可广泛应用于光催化反应过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，特别是可以提高悬浮型光催化反应器光能利用率和反应器效率的颗粒，属于反应工程技术领域。
背景技术
光化学反应是一种特殊的反应，其最主要的特征是有光源的存在，并且光子对反应有很大的影响。如果将光子看作一种反应物，但这种反应物的独特性质使得光反应器的行为在很大程度上不同于一般的化学反应器。一般来说，光反应器的选型应包括光源、透光材料、反应器几何形状的确定等。对于悬浮型光催化反应器，除了上述因素，还要特别考虑反应体系中液相对光传递的影响，以使光辐射能与反应介质更好的接触，充分利用光能。这是因为只有催化剂吸收了适当的光子才能被激活而具有催化活性。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种悬浮型光催化反应器用的颗粒。
本发明的目的之一是提供一种结构简单、制造成本低、使用方便、适用范围广、性能稳定的颗粒，应用于悬浮型光催化反应器可以提高光能的利用率和反应器的效率。
本发明的目的之二是在悬浮型光催化反应器内液相中加入一种空心椭球型钢化石英玻璃颗粒，通过颗粒表面的凹陷区多次反射（或折射）光，提高光能利用率，进而提升反应器效率。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒为空心椭球型，壳体材质为钢化石英玻璃，壳体外壁（颗粒表面）有不规则凹陷。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，通过调节内部空间的大小调整颗粒的密度。颗粒的密度与光催化反应器内液体的密度之比控制在0.95～1.05之间，因而颗粒可以悬浮在光催化反应器内，并随光催化反应器内液体流动而运动，均匀分散于液相内部，不会发生聚集。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，壳体材质为钢化石英玻璃，光学性能极佳，确保颗粒能将大部分照射到其表面上的光反射（或折射），极大的减少了光的散失，同时硬度和价格等因素也能满足实际应用的需要。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，长轴与短轴之比控制在1.5～2.5之间。光照射到其表面上，反射（或折射）的角度不是固定值，而是一个很宽的范围，多角度的反射（或折射）最大程度的避免了光的流失。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，短轴长度控制在0.5～3.0 mm之间，以适应不同规格反应器的要求。一般来说，反应器体积较少，颗粒短轴也较短。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，颗粒表面有若干不规则凹陷，凹陷区的深度与颗粒短轴之比为0.01～0.02，拓展光的反射（或折射）角度。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，颗粒表面有若干不规则凹陷，凹陷区总面积与颗粒表面积之比为0.3～0.9，提高光的反射（或折射）率。
一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，使用是直接加入悬浮型光催化反应器内液相中即可，但其体积浓度应控制在10%～40%之间，由于反应器内颗粒数量很大，光可以在液相中形成多次反射（或折射），因而光能利用率大幅提高，同时也提升了反应器效率。
本发明与现有技术相比，存在明显的优点在于：（1）使用方便，直接加入即可；（2）适用范围广，适合各种反应体系和不同尺寸的反应器；（3）性能稳定、耗损小，可重复使用；（4）结构简单、制造成本低。
附图说明
附图1为本发明提供的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒之半剖图。图左侧为颗粒内部结构，1—玻璃壳体，2—中间腔体，右侧为颗粒外表面，3—颗粒表面凹陷。
附图2为本发明原理示意图。图中4—悬浮型光催化反应器，5—反应液体，6—本发明提供的颗粒，7—光轨迹。
图中的悬浮型光催化反应器加入本发明提供的颗粒后，光射到颗粒表面后形成多次反射（或折射），使得光运动的轨迹变得极其复杂，这样就充分利用了光能，提高了反应的效率。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下。
实施例1。
某悬浮型光催化反应器用于光催化分解水制氢过程。反应器尺寸为Φ200×400，受光面为顶面，光源为紫外灯1.5kW。催化剂为纳米TiO2，溶液体系为质量浓度15%丙三醇溶液。常规工况下，制氢速率为12 μmol/h，光能利用率为4.8%。
测量准则：① 产氢速率：气相色谱法；② 光利用率：太阳能光催化分解水制氢体系的能量转化效率与量子产率计算（GB/T 26915-2011），下同。
根据光催化水解制氢过程及悬浮型反应器的特点，按本发明提供的技术方案加工颗粒，提高光能的利用率。颗粒性质如下：钢化石英玻璃空心椭球体，短轴1 mm，长轴2 mm，密度1.01 g/cm3，不规则凹陷如附图2，凹陷区面积为颗粒表面积的75%
丙三醇溶液体系中加入本发明提供的颗粒后（体积含量为35%），可相同的工况下，制氢速率为14 μmol/h，提高了16%；光能利用率为7.4%，提高了54%，效果显著。
实施例2。
某悬浮型光催化反应器用于光催化分解水制氢过程。反应器尺寸为Φ200×400，受光面为顶面，光源为紫外灯1.5kW。催化剂为纳米TiO2，溶液体系为质量浓度15%丙三醇溶液。常规工况下，制氢速率为12 μmol/h，光能利用率为4.8%。
测量准则：① 产氢速率：气相色谱法；② 光利用率：太阳能光催化分解水制氢体系的能量转化效率与量子产率计算（GB/T 26915-2011），下同。
根据光催化水解制氢过程及悬浮型反应器的特点，按本发明提供的技术方案加工颗粒，提高光能的利用率。颗粒性质如下：钢化石英玻璃空心椭球体，短轴0.5 mm，长轴1.5 mm，密度1.02 g/cm3，不规则凹陷如附图2，凹陷区面积为颗粒表面积的60%。
反应器中在加入本发明提供的颗粒，将光源更换为1.25 kW紫外灯，制氢速率为12 μmol/h，保持不变，但可节约16%的电能；光能利用率为6.6%，提高了37%，效果显著。
Claims (7)
1.一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒为空心椭球型，壳体材质为钢化石英玻璃，壳体外壁（颗粒表面）有不规则凹陷。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒使用时直接加入悬浮型光反应器内液相中，体积浓度在10%～40%之间。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒长轴与短轴之比在1.5～2.5之间。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒短轴长度在0.5～3.0 mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒密度与光催化反应器内液相密度之比在0.95～1.05之间。
6.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒表面（壳体外壁）凹陷区的深度与颗粒短轴之比为0.01～0.02。
7.根据权利要求1所述的一种悬浮型光催化反应器用的颗粒，其特征在于：颗粒表面凹陷区总面积与颗粒表面积之比为0.3～0.9。
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| CN201510132686.4A CN104707556A (zh) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | 一种悬浮型光催化反应器用的颗粒 |
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Publications (1)
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103052441A (zh) * | 2010-08-03 | 2013-04-17 | 国立大学法人信州大学 | 光反应器及其制造方法 |
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2015
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Patent Citations (1)
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