CN107843686B - 一种光催化降解效果评价电子控制系统 - Google Patents

一种光催化降解效果评价电子控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光催化降解效果评价电子控制系统，包括：尾气产生装置、流量计、真空泵、供风系统、气压计、热敏温控加热管可控供光系统，密封箱、汽车尾气分析仪等。该实验装置可以通过数字光电系统来调节灯光强度，灯管可以根据光催化实验要求进行调换，供光系统带有可上下调节支座，可以根据折光率，通过改变灯光高度改变入射角度，灯罩上有角度可变遮光板，方便调整灯光强度和入射角度，密封箱内有热敏温控加热管，可以控制实验装置内的温度，真空泵能够在实验开始前，保证密闭容器处于真空状态，汽车尾气分析仪连有伸缩管，可以测定箱内不同高度的气体浓度。能够真实有效的模拟路面的实际情况，并对反应进行精确测定。

Description

一种光催化降解效果评价电子控制系统
技术领域
本发明属于道路材料工程技术领域，涉及沥青混合料以及水泥混凝土掺入光催化材料后对汽车尾气降解效果的评价技术，特别是涉及掺入TiO2系列光催化路面以及g-C3N4系列的光催化降解效果评价电子控制系统。
背景技术
随着交通运输行业的快速发展，机动车的应用给人们带来极大的交通便利，但是汽车尾气的排放却严重破坏者白然环境和生态环境，同时也给人类的身心健康带来危害。汽车尾气中含有一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(主要为N0)等，这些物质的危害性极大。解决汽车尾气排放对环境和人类带来的严重问题，人们在全球范围内展开了对汽车尾气净化技术的研究。近年来，人们考虑到公路作为机动车行驶的载体，汽车在行驶过程中才排放尾气，在公路路面或路面材料中掺入光催化材料，从而催化分解有害的汽车尾气，达到降低和净化汽车尾气排出的污染气体。
目前国内外提出了多种用于光催化降解汽车尾气的路面涂层材料与路面结构，但关于光催化效果的量化与评价研究较少，主要表现为：对于不同光源、光照强度、光照时间对光催化效果的影响研究较少；对于试件温度、环境温度对光催化效果的研究也较少，现有评价很少考虑环境温度与试件温度对光催化路面材料的影响；对输入汽车尾气的流量控制不是很精确；没有考虑光催化反应过程中，容器内不同高度汽车尾气的变化情况；现有文献中提到的一些测试装置中大多没有考虑测试容器内气压变化，由于汽车尾气的不断输入以及灯光系统的照射，容器内温度将快速上升，若测试容器内压强超过材料强度将发生爆炸等意外事故。由此可见，由于现有公路光催化材料的评价研究还不够深入，直接制约着路用光催化材料的推广应用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种光催化降解效果评价电子控制系统，其目的是：基于该评价装置，结合光照、温度、气压，光催化沥青试件和汽车尾气分析仪等模拟添加光催化材料的沥青混合料对汽车尾气的降解过程，测定添加光催化材料(如TiO2系列光催化材料以及g-C3N4系列光催化材料)的沥青混合料(或水泥混凝土)对汽车尾气的降解效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种光催化降解效果评价电子控制系统，包括密闭容器，设置在该密闭容器外与密闭容器相连通的真空泵、尾气产生装置和汽车尾气分析仪，设置在该密闭容器的密封盖上的可更换灯源，以及设置在该密闭容器内的热敏温控加热管，工作状态时，试件设置在该密闭容器内，并通过热敏温控加热管对该试件进行加热。
本发明进一步的改进在于，密闭容器为矩形容器，其尺寸为530mm×400mm×400mm，且采用有机玻璃制成。
本发明进一步的改进在于，密封盖与密闭容器之间设置密封圏。
本发明进一步的改进在于，可更换灯源包括用于模拟紫外光的氢灯和用于模拟可见光的汞灯。
本发明进一步的改进在于，还包括设置在该密闭容器内的第一高度可调节支座，热敏温控加热管设置在第一高度可调节支座的底部，试件设置在第一高度可调节支座上。
本发明进一步的改进在于，还包括设置在密封盖上的第二高度可调节支座，可更换灯源设置在该第二高度可调节支座上，且第二高度可调节支座上还设置有角度可调节遮光板，该角度可调节遮光板的角度调节范围为0-60°。
本发明进一步的改进在于，尾气产生装置为汽油发动机、柴油发动机或天然气发动机，且尾气产生装置与密闭容器相连通的管道上设置有流量计和进气口开关。
本发明进一步的改进在于，该密闭容器内壁上还设置有在竖直方向上布置的刻度尺和悬挂式温度计。
本发明进一步的改进在于，该密闭容器内还设置有供风系统和气压计。
本发明进一步的改进在于，该密闭容器内还设置有与汽车尾气分析仪管道相连通的伸缩管。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
1、从所给示意图中，可看出此装置结构简单，易于组装，同时又具有经济适用的特点，对实验人员快速试验时采购安装带来极大便利；
2、可通过电阻数字控制紫外线(或者可见光)灯光强度，以模拟不同光照条件下汽车尾气的降解程度；
3、同时可多方位调节遮光板角度改变灯光入射角度和进气管伸缩长度，可以实现调节不同车型高度下汽车尾气的浓度分布，模拟相同光照条件下光催化路面对汽车尾气的降解过程；
4、温度控制装置可实时控制和监测环境箱温度，可以模拟量化环境温度对光催化路面对汽车尾气的降解效果；
5、试件高度(第一高度可调节支座)也可根据试验要求进行调节。
附图说明
图1为本发明一种光催化降解效果评价电子控制系统的结构示意图。
图中：1-真空泵，2-流量计，3-角度可调节遮光板，4-第二高度可调节支座，5-刻度尺，6-悬挂式温度计，7-伸缩管，8-供风系统，9-第一高度可调节支座，10-汽车尾气分析仪，11-密封盖，12-进气口开关，13-热敏温控加热管，14-可更换灯源，15-气压计。
图2为灯光系统计算说明示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种光催化降解效果评价电子控制系统，包括密闭容器，设置在该密闭容器外与密闭容器相连通的真空泵1、尾气产生装置和汽车尾气分析仪10，设置在该密闭容器的密封盖11上的可更换灯源14，以及设置在该密闭容器内的热敏温控加热管13，工作状态时，真空泵1用于在实验开始前保证密闭容器处于真空状态，热敏温控加热管13可以通过量化控制密闭容器的温度，试件16设置在该密闭容器内，并通过热敏温控加热管13对该试件16进行加热。
优选的，密闭容器为矩形容器，其尺寸为530mm×400mm×400mm，且采用有机玻璃制成，有机玻璃的透光性能极好，研究表明92％以上太阳光可以穿透有机玻璃，并且太阳光中紫外线透过率可以达到73.5％，有机玻璃因其高分子结构较稳定，还有机械强度高，绝缘性能良好，耐热耐寒耐腐烛。
优选的，密封盖11与密闭容器之间设置密封圏，而且在伸缩管插头、进气阀门、真空泵连接处等部位设置密封圈、密封垫片或者密封塞，使整个密闭容器具有良好的密封性。
优选的，可更换灯源14包括用于模拟紫外光的氢灯和用于模拟可见光的汞灯，且可更换灯源14设置在密闭容器外部，避免了放置在内部灯光产生温度对密闭容器产生影响，灯光的强度可以通过电阻进，数控，方便灯光强度量化。
优选的，还包括设置在该密闭容器内的第一高度可调节支座9，热敏温控加热管13设置在第一高度可调节支座9的底部，试件16设置在第一高度可调节支座9上。
优选的，还包括设置在密封盖11上的第二高度可调节支座4，可更换灯源14设置在该第二高度可调节支座4上，且第二高度可调节支座4上还设置有角度可调节遮光板3，该角度可调节遮光板3的角度调节范围为0-60°，可以通过调整灯光高度改变入射角度，以及辅助调整灯光强度，可以根据角度可调节遮光板3调节光照强度和入射角度。
优选的，尾气产生装置为汽油发动机、柴油发动机或天然气发动机，且尾气产生装置与密闭容器相连通的管道上设置有流量计2和进气口开关12，流量计2和进气口开关12可以控制气体输入流速和输入气体流量。
优选的，该密闭容器内壁上还设置有在竖直方向上布置的刻度尺5和悬挂式温度计6，通过刻度尺5可以量化第一高度可调节支座9，调整光源与光催化试件的距离，通过悬挂式温度计6测定密闭容器气温。
优选的，该密闭容器内还设置有供风系统8和气压计15，供风系统8的数量至少为两个，供风系统8产生风，使密闭容器和光催化沥青中的气体均匀分布，且避免密闭容器中的气体出现分层现象，供风系统8根据功率可以进行量化，气压计15保证整个实验过程中密闭容器的安全。
优选的，该密闭容器内还设置有与汽车尾气分析仪10管道相连通的伸缩管7，用于测定密闭容器内不同高度的气体。
其中，试件16为光催化沥青试件，所述光催化沥青试件与热敏温控加热管13之问的垂直距高为200-300mm。在该距离范围内，模拟环境与真实路面环境相符合，光照可充分照射在光催化沥青试件上。且在第二高度可调节支座4还设置有用于测定光催化沥青试件表面温度的温度计。光催化沥青试件是添加光催化材料的沥青混合料制备而成。所述光催化材料可以TiO2系列光催化材料以及g-C3N4系列光催化材。
灯光量化标准说明：
如图2所示，为灯光实物的模拟图，根据数字电控系统确定某一时刻的光照强度N，此时N是一个定值再这里认为灯光为均匀光源，并视为一发光点，假设灯光在各个方向上的光强都是Y，根据实物图对光照辐射进行简化如下图所示。
光照系统的强度可以分别选择不同的光照强度和遮光板角度对光照作用在车辙板上单位时间的紫外线辐射量进行计算，则存在灯光辐射强，用如下公式计算：
Figure BDA0001433575420000061
式中：a——在图2模拟图中光源与车辙板边缘构成圆顶的角度，即角ACB(度)；
θ——在积分时，在0到a间取的角度(度)；
N——某一时刻的光照强度(W/m2)；
ρ——光源点到车辙板上所照点的直线距离(m)；
R——光源点到车辙板上的垂直距离，即OC。

Claims (4)

1.一种光催化降解效果评价电子控制系统，其特征在于，包括密闭容器，设置在该密闭容器外与密闭容器相连通的真空泵(1)、尾气产生装置和汽车尾气分析仪(10)，设置在该密闭容器的密封盖(11)上的可更换灯源(14)，以及设置在该密闭容器内的热敏温控加热管(13)，工作状态时，试件(16)设置在该密闭容器内，并通过热敏温控加热管(13)对该试件(16)进行加热；其中，可更换灯源(14)包括用于模拟紫外光的氢灯和用于模拟可见光的汞灯；
此外，还包括设置在该密闭容器内的第一高度可调节支座(9)，热敏温控加热管(13)设置在第一高度可调节支座(9)的底部，试件(16)设置在第一高度可调节支座(9)上，还包括设置在密封盖(11)上的第二高度可调节支座(4)，可更换灯源(14)设置在该第二高度可调节支座(4)上，且第二高度可调节支座(4)上还设置有角度可调节遮光板(3)，该角度可调节遮光板(3)的角度调节范围为0-60°；通过调节灯光强度和遮光板角度实现光照系统强度的调节，对单位时间内灯光照射在车辙板上的紫外线辐射量进行量化计算，得到灯光辐射强度Y，用如下公式计算：
Figure FDA0002397405910000011
式中：α——在光源与车辙板边缘构成圆顶的角度；
θ——在积分时，在0到α间取的角度，度；
N——某一时刻的光照强度，W/m2；
ρ——光源点到车辙板上所照点的直线距离，m；
R——光源点到车辙板上的垂直距离；
尾气产生装置为汽油发动机、柴油发动机或天然气发动机，且尾气产生装置与密闭容器相连通的管道上设置有流量计(2)和进气口开关(12)；
该密闭容器内壁上还设置有在竖直方向上布置的刻度尺(5)和悬挂式温度计(6)，该密闭容器内还设置有供风系统(8)和气压计(15)。
2.根据权利要求1所述的一种光催化降解效果评价电子控制系统，其特征在于，密闭容器为矩形容器，其尺寸为530mm×400mm×400mm，且采用有机玻璃制成。
3.根据权利要求1所述的一种光催化降解效果评价电子控制系统，其特征在于，密封盖(11)与密闭容器之间设置密封圏。
4.根据权利要求1所述的一种光催化降解效果评价电子控制系统，其特征在于，该密闭容器内还设置有与汽车尾气分析仪(10)管道相连通的伸缩管(7)。
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