CN106268569A - 一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置 - Google Patents

一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，该装置主要包括磁场发生器、电加热板、光源、镜面反射面板等部分，旨在为目前新兴的磁性光催化颗粒提供一种耦合多物理场的实验装置，为科研工作者做进一步的科学研究提供实验条件。本发明可用磁场发生器产生间歇性极性相反的脉冲磁场，磁场发生器的位置、磁场的大小、脉冲的时间均可根据实验需要人为设定。光源可选择现有的仪器，最大程度上利用现有资源。镜面反射面板的设置既能增大光线利用率又能防止控制器背面迎光面温度过高。加热板为电加热方式，可由温度控制器控制恒温加热，安全方便。本发明用于磁性催化剂颗粒的光催化制氢实验，具有结构简单，操作便捷，运行稳定的优点。

Description

一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置
技术领域：
本发明属于新能源制备领域，具体涉及一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置。
背景技术：
近年来，全球面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，寻求洁净、绿色、可持续的新型能源已经迫在眉睫。新兴的半导体光催化技术，为我们提供了一种利用催化剂粉末通过太阳光照在水中直接产生氢气的方法。由于太阳能取之不尽用之不竭，而氢能又是绿色、燃烧值高、无污染、可循环利用的理想能源，所以通过光解水制氢是一种解决能源问题的有效途径。
光催化分解水制氢的反应机理建立在半导体能带理论的基础上。以半导体材料为光催化剂，当其受到能量相当或高于该半导体禁带宽度的光照时，半导体内的电子受到激发从价带跃迁到导带，在导带和价带分别产生自由电子和和空穴，并利用这种光生电子-空穴对的氧化还原性将水分解，产生氢气和氧气。目前常用的光催化半导体材料多为光响应材料，即能在光照下分解水的半导体材料，例如TiO2、InVO4、Bi2MNbO7等。因此实验室常用的光催化产氢实验装置多为将反应器皿置于氙灯光照下，通过磁力搅拌器使置于器皿内磁子连续搅拌，实现催化剂颗粒在反应器内悬浮的简单仪器。最近，有关研究发现悬浮在水中的磁性催化剂颗粒如Fe2O3、Fe3O4等，在近红外光照下施以磁场能够产生很高的发热量，这可能对产氢的效率有很大的提升。鉴于在现有的实验装置中，加入的磁性催化剂颗粒会被吸附在磁子表面，而且有一部分会沉积在器皿底部，不能达到均匀的悬浮状态，这会对实验有很大的影响。这样，导致现有的实验装置不能对反应体系同时施加磁场、光场和热场，因此提供不了理想的耦合场实验条件，所以需要设计新的实验装置来解决上述问题。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，利用此装置可对一系列的磁性催化剂颗粒进行各种实验研究。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，包括基座，设置在基座上的电加热板，设置在电加热板上方的磁场发生器，设置在电加热板周向上相对两个侧面的两个镜面反射面板，设置在两个镜面反射面板相邻一面的电流通断自动控制及温度控制器，以及设置在两个镜面反射面板相邻另一面的光源；其中，工作时，电流通断自动控制及温度控制器用于对电加热板、磁场发生器进行控制，试样放置在由电加热板、两个镜面反射面板及电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内。
本发明进一步的改进在于，试样通过反应器皿放置在由电加热板、两个镜面反射面板及电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内。
本发明进一步的改进在于，基座上开有槽式平面，用来放置反应器皿及电加热板。
本发明进一步的改进在于，基座上固定有两根固定支撑杆，用来固定磁场发生器。
本发明进一步的改进在于，磁场发生器为一体化结构，其将直流电磁线圈封装在保护壳内，且直流电磁线圈中的电流大小及电流通断时间由电流通断自动控制及温度控制器来控制。
本发明进一步的改进在于，在磁场发生器与固定支撑杆套装的部分开设有用于调节磁场发生器高度的螺纹孔。
本发明进一步的改进在于，基座的边缘开有矩形槽，用来放置两个镜面反射面板。
本发明进一步的改进在于，电流通断自动控制及温度控制器的迎光面安装有镜面反射面板。
本发明进一步的改进在于，电流通断自动控制及温度控制器的迎光面开设有用来安装镜面反射面板的镜面反射面板卡槽。
本发明进一步的改进在于，光源采用氙灯或紫外灯。
相对于现有技术，本发明具有下列优点与效果：
1、本发明为目前新兴的磁性光催化颗粒提供一种可以耦合磁场、光场、热场的多物理场的实验装置，为科研工作者对磁性光催化颗粒的性质做进一步的科学研究提供实验装置。本发明可用电流通断自动控制器产生间歇性极性相反的脉冲磁场，磁场发生器的位置、磁场的大小、脉冲的时间均可根据实验需要人为设定。也可产生恒定的磁场。光源可选择现有的仪器，最大程度上利用现有资源。镜面反射面板的设置既能增大光线利用率又能防止控制器背面迎光面温度过高。加热板为电加热方式，可由温度控制器控制恒温加热，安全方便。
2、反应器皿放置在由电加热板、两个镜面反射面板和电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内，由于四周镜面反射的作用，使得最大程度地提高了光源的利用率。
3、本发明在基座上开有放置电加热板及反应器皿的槽式平面，具有固定电加热板、防止滑动的优点。
4、基座上固定有两个支撑杆，磁场发生器可沿支撑杆上下滑动，并通过配套的螺杆进行固定，操作简单，具有灵活方便地根据反应器皿的高度调节磁场发生器相对位置的优点。
5、磁场发生器封装在保护壳内，方便安装。磁场由电磁线圈提供，磁场大小由电流大小控制，操作简单。上下两个磁场发生器磁场极性相反，并由控制器实现间歇性通断，交替产生向上和向下的磁场，使反应器皿中的磁性颗粒上下交替运动，达到充分扩散、充分接触液体的作用，达到最佳的实验条件。
6、在磁场发生器与固定支撑杆接触的部分开有螺纹孔，用配套的螺杆固定磁场发生器，具有操作方便、省时省力的优点。
7、在基座上开有放置镜面反射面板的卡槽，镜面反射面板可沿卡槽推拉移动，方便进行安装和拆卸，相对于传统固定式的反射板，具有安装便捷、灵活更换面板及灵活改变位置的优点。同时镜面反射面板可以提高光源的利用率。
8、电流通断自动控制及温度控制器的迎光面同样设置有镜面反射面板，具有防止控制器受照射温度过高遭到损坏的功能。
9、本发明可灵活地根据实验所需选择现有的光源设备，如氙灯、紫外灯等，具有最大程度利用现有资源的优点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中：1为基座，2为电流通断自动控制及温度控制器，3为磁场发生器，4为固定支撑杆，5为镜面反射面板卡槽，6为镜面反射面板，7为电加热板，8为螺纹孔，9为迎光面，10为光源。
具体实施方式：
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，包括基座1、电流通断自动控制及温度控制器2、磁场发生器3、电加热板7和光源10。其具体是：基座1上固定有两个固定支撑杆4，磁场发生器3由直流电磁线圈封装在保护壳内构成，通过导线与电流通断自动控制及温度控制器2连接。两个一体化的磁场发生器3套在固定支撑杆4上，可根据反应器皿的高度沿固定支撑杆4上下滑动调节位置。磁场发生器3在与固定支撑杆4接触处开有螺纹孔8，可用配套的螺杆进行固定磁场发生器3。磁场发生器3产生的磁场大小由电流通断自动控制及温度控制器2改变电流的大小来控制。上下两个磁场发生器3的极性相反，电流通断自动控制及温度控制器2可以控制流过磁场发生器3的电流为间歇性的电流，这样就能产生交替的间歇性磁场，使反应器皿中的磁性颗粒能够上下运动，达到很好的分散效果。也可调整磁场发生器的位置和磁场大小，让磁场持续作用于反应体系，使磁性催化剂颗粒保持悬浮状态。
光源10可根据实验需求选择氙灯、紫外灯等现有的设备，最大程度利用现有资源。为了增加光的利用率和防止控制器迎光面9温度过高，在器皿四周设有镜面反射面板6，材料为有机玻璃表面压制铝膜，并在铝膜表面镀有氧化铝镀层。为了便于镜面反射面板的安装与拆卸，在基座边缘开有镜面反射面板卡槽5，镜面反射面板6可在镜面反射面板卡槽5内滑动，方便改变位置。
电加热板7由电流通断自动控制及温度控制器2控制，直接在反应器皿底部加热，用于提供反应体系所需的热量，方便快捷，易于操作。
实验时，将盛有反应液的器皿置于基座槽式平台中央，按照器皿的高度调整好磁场发生器的位置并固定。根据实验所需的温度设置好电加热器的温度。通过电流通断自动控制及温度控制器调节电流大小和通断周期，观察器皿中的磁性催化剂颗粒是否有明显的上下交替运动现象，直到达到满意的状态为止。若实验需要恒定磁场，则可调节磁场发生器的位置和磁场大小，让磁场持续作用于反应体系，使磁性催化剂颗粒保持悬浮状态。经过我们初步试验表明，对于Fe3O4纳米催化剂颗粒，在磁场、光场和热场耦合的实验条件下，与不加磁场相比，产氢效率可提升两倍，由此说明本发明对进一步研究磁性催化剂颗粒有很大的价值。

Claims (10)

1.一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，包括基座(1)，设置在基座(1)上的电加热板(7)，设置在电加热板(7)上方的磁场发生器(3)，设置在电加热板(7)周向上相对两个侧面的两个镜面反射面板(6)，设置在两个镜面反射面板(6)相邻一面的电流通断自动控制及温度控制器(2)，以及设置在两个镜面反射面板(6)相邻另一面的光源(10)；其中，工作时，电流通断自动控制及温度控制器(2)用于对电加热板(7)、磁场发生器(3)进行控制，试样放置在由电加热板(7)、两个镜面反射面板(6)及电流通断自动控制及温度控制器(2)围成的空间内。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，试样通过反应器皿放置在由电加热板(7)、两个镜面反射面板(6)及电流通断自动控制及温度控制器(2)围成的空间内。
3.根据权利要求2所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，基座(1)上开有槽式平面，用来放置反应器皿及电加热板(7)。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，基座(1)上固定有两根固定支撑杆(4)，用来固定磁场发生器(3)。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，磁场发生器(3)为一体化结构，其将直流电磁线圈封装在保护壳内，且直流电磁线圈中的电流大小及电流通断时间由电流通断自动控制及温度控制器(2)来控制。
6.根据权利要求4所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，在磁场发生器(3)与固定支撑杆(4)套装的部分开设有用于调节磁场发生器(3)高度的螺纹孔(8)。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，基座(1)的边缘开有矩形槽，用来放置两个镜面反射面板(6)。
8.根据权利要求1所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，电流通断自动控制及温度控制器(2)的迎光面(9)安装有镜面反射面板(6)。
9.根据权利要求8所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，电流通断自动控制及温度控制器(2)的迎光面开设有用来安装镜面反射面板(6)的镜面反射面板卡槽(5)。
10.根据权利要求1所述的一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，其特征在于，光源(10)采用氙灯或紫外灯。
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