CN109444321A - 一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置 - Google Patents

一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置 Download PDF

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Abstract

本发明为公开了一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置，装置内有一个由多个反应室组成的反应区间，该反应区间既可同时测试不同催化剂对同种有毒有害气体的光催化降解效率，也可同时测试同一催化剂对不同有毒有害气体的光催化降解效率，便于开展催化剂性能的横向对比性研究，提高工作效率。

Description

一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的 装置
技术领域
本申请属于光催化降解有毒有害气体领域，特别是涉及一种同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置。
背景技术
现有空气净化技术大多是基于臭氧发生器的应用，即采用催化分解技术释放出一定浓度的臭氧将空气中的苯、甲苯、二甲苯、甲醛和氨等有毒有害气体氧化分解来达到净化空气的目的。臭氧对细菌的灭活十分迅速，若合理使用则是国际公认的最环保和最有效的空气净化方式。但是在使用臭氧杀菌净化器时，需要严格注意臭氧的产率是否符合国家标准和国家卫生部规定的臭氧安全浓度。若臭氧浓度过高，会造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿、造成神经中毒、破坏人体的免疫机能等。由于臭氧有强烈刺激性，使用臭氧发生器净化室内空气时人员必须离开，消毒完毕后需开窗通风半小时以上等局限性；同时，鉴于很多室内空间密闭、工作人员密集，空气流通性低，空间装修材料和油漆等不断挥发苯、甲苯、二甲苯和甲醛等有毒有害气体，使室内的空气质量极差，严重影响室内工作人员的身体健康，对一种廉价有效的空气净化技术的需求十分强烈。
与此同时，光催化剂具有光催化降解有机污染物、廉价易得和安全高效等特点，成为了广大科技人员研究的热点，对光催化剂的性能进行准确评价显得越来越重要。实验室内对光催化剂的光催化降解性能进行测评往往受到多种因素的限制，如光源强度、仪器昂贵、操作复杂等，且现行的方法只能单独对一种光催化剂性能的进行测试，系统误差难于克服，给横向对比带来不便，导致光催化剂性能的评价面临较大的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种可同时测试不同催化剂光催化降解有害气体性能的装置，提高光催化实验数据的稳定性、准确性和科学性。
为了达到上述发明创造的目的，本发明采用下述技术方案：
一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置，其特征在于：所述的装置包括光源系统、反应系统及控制系统及固定所述装置的脚架；
所述的光源系统由紫外灯、钨丝灯及第一灯座和第二灯座构成，所述的第一灯座包括第一灯盘和位于第一灯盘中心的第一灯泡安装部，所述的第二灯座包括第二灯盘和位于第二灯盘中心的第二灯泡安装部；所述的第一灯座与第二灯座均呈中心对称的车轮状结构，所述的第一灯盘与第二灯盘之间安装有反应管体，所述的反应管体通过所述的第一灯盘与第二灯盘分别开设的相对应的卡槽连接，所述第一灯盘的卡槽之间及所述第二灯盘的卡槽之间都均匀布置有连接孔，所述的连接孔呈中心对称；所述的紫外灯与所述的第一灯泡安装部连接，所述的钨丝灯与所述的第二灯泡安装部连接；所述的第一灯座的灯泡安装部与所述的第二灯座的灯泡安装部呈同心轴布置，所述的紫外灯与所的钨丝灯面对面安装；所述的第一灯盘与所述的第二灯盘通过固定杆固定连接，所述的固定杆分别与所述的第一灯盘与所述的第二灯盘相对应的连接孔固定；所述的第一灯座底部固定有脚架；
所述的反应系统包括相互独立的反应管体构成的反应室，所述的反应室设有反应入口和反应出口，所述的反应入口与反应出口各自设有玻璃纤维滤膜；
所述的控制系统包括控制台，所述的控制台分别与所述的紫外灯、钨丝灯形成闭合电路；所述的控制台上分别设有控制紫外灯、钨丝灯闭合的开关一和开关二。
进一步，所述的反应管体包括反应管、第一螺纹盖和第二螺纹盖，所述的第一螺纹盖和第二螺纹盖分别与所述的反应管两端通过螺纹连接；所述的第一螺纹盖上设有入口，第二螺纹盖上设有出口，所述的第一螺纹盖和第二螺纹盖上均安装有玻璃纤维滤膜。
再进一步，所述的反应室外包裹有中空的金属壳体，所述的金属壳体上设有散热孔，所述的金属壳体与所述的第一灯盘固定连接。
更进一步，所述的第一灯盘的端面尺寸略大于所述金属壳体的端面尺寸，所述金属壳体的端面尺寸与所述的第二灯盘尺寸相匹配。
再进一步，所述的第一灯座或第二灯座上的连接孔为4～9个。
再进一步，所述的第一灯座或第二灯座上的卡槽为6～8个。
更进一步，所述的紫外灯、钨丝灯分别与所述的第一灯座的第一灯泡安装部及所述的第二灯座的第二灯泡安装部通过卡扣或者螺纹连接。
进一步，所述的第一灯盘与脚架通过螺栓连接。
进一步，所述的固定杆分别与所述的第一灯盘与所述的第二灯盘相对应的连接孔通过螺栓连接。
作为优选，在上述的装置中，光源采用的是氘灯与钨丝灯的组合光源，可根据所测光催化剂需要的实验条件，通过控制台对钨丝灯和氘灯进行控制，实现对光源种类选择的需要。
作为优选，在上述的装置中，所用的滤膜为玻璃纤维滤膜，玻璃纤维滤膜有耐高温、流通性好、安全无毒、廉价易得等优点。
本发明可很好地解决现有技术存在的问题，降低系统误差，增加实验数据的准确性，提高工作效率。
本发明所述的装置入口处连接待处理的气体经光催化剂降解后经出口处排除并对尾气进行处理并进行排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本装置内有一个由多个反应室组成的反应室，该反应室既可同时测试不同催化剂对同种有毒有害气体的光催化降解效率，也可同时测试同一催化剂对不同有毒有害气体的光催化降解效率，便于开展催化剂性能的横向对比性研究，提高工作效率。克服了传统的光催化反应器只能单独对一种光催化剂性能进行测试的缺点，内置多个反应管，各个反应管距中心光源的距离相同，能够均匀且高效地接受中心光源的光照，可同时测试多种光催化剂的性能。本发明提供的光催化降解装置，适用于对低浓度气相有机污染物的催化效率的测试。
附图说明：
图1本发明装置结构示意图；
图2本发明装置结构示意图(移除壳体)；
图3本发明名装置内部反应室结构示意图；
图4本装置竖直剖面图；
图5本发明装置竖直剖面与灯座细节图(移除壳体、控制台)；
图6本装置横向剖面图。
图7有害气体降解装置流程图。
具体实施方案：
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行详细的描述。
图中，1-金属壳体，2-紫外灯，3-钨丝灯，4-反应室，5-进气口，6-出气口，8-控制台，9-第一灯座，10-第二灯座，11-卡槽，12-散热孔，13-开关一(紫外灯)，14-开关二，15-第一螺纹盖，16-第二螺纹盖，17-第一灯泡安装部，18-第一灯盘，19-连接孔，20-脚架，21-固定杆，22-第二灯泡安装部，23-第二灯盘；a-气体发生器，b-蠕动泵，c-进气采样点，d-光催化装置，e-出气采样点，f-尾气处理装置。
结合图1～图6：本发明所述的装置包括光源系统、反应系统及控制系统及固定所述装置的脚架20；
所述的光源系统由紫外灯2、钨丝灯3及第一灯座9和第二灯座10构成，所述的第一灯座9包括第一灯盘18和位于第一灯盘18中心的第一灯泡安装部17，所述的第二灯座10包括第二灯盘23和位于第二灯盘23中心的第二灯泡安装部22；所述的第一灯座9与第二灯座10均呈中心对称的车轮状结构，所述的第一灯盘18与第二灯盘23之间安装有反应管体4，所述的反应管体4通过所述的第一灯盘18与第二灯盘23分别开设的相对应的卡槽11连接，所述第一灯盘18的卡槽11之间及所述第二灯盘23的卡槽11之间都均匀布置有连接孔19，所述的连接孔19呈中心对称；所述的紫外灯2与所述的第一灯泡安装部17连接，所述的钨丝灯3与所述的第二灯泡安装部22连接；所述的第一灯座9的灯泡安装部17与所述的第二灯座10的灯泡安装部22呈同心轴布置，所述的紫外灯2与所的钨丝灯3面对面安装；所述的第一灯盘18与所述的第二灯盘18通过固定杆21固定连接，所述的固定杆21分别与所述的第一灯盘18与所述的第二灯盘23相对应的连接孔19固定；所述的第一灯座9底部固定有脚架20；
所述的反应系统包括相互独立的反应管体4构成的反应室，所述的反应管体4包括反应管、第一螺纹盖15和第二螺纹盖16，所述的第一螺纹盖15和第二螺纹盖16分别与所述的反应管两端通过螺纹连接；所述的第一螺纹盖15上设有入口，第二螺纹盖16上设有出口，所述的第一螺纹盖15和第二螺纹盖16上均安装有玻璃纤维滤膜7；所述的反应室外套有中空的金属壳体1，所述的金属壳体1上设有散热孔12，所述的第一灯盘18的端面尺寸略大于所述金属壳体1的端面尺寸，所述金属壳体1的端面尺寸与所述的第二灯盘23尺寸相匹配，所述的金属壳体可直接自所述的第二灯盘23套入，底部固定在所述的第一灯盘18上；
所述的控制系统包括控制台8，所述的控制台8分别与所述的紫外灯2、钨丝灯3形成闭合电路；所述的控制台8上分别设有控制紫外灯2、钨丝灯3闭合的开关一13和开关二14。
所述的第一灯座9或第二灯座10上的连接孔19为6个。
所述的第一灯座9或第二灯座10上的卡槽11为8个。
所述的紫外灯2、钨丝灯3分别与所述的第一灯泡安装部17及所述的第二灯泡安装部22通过卡扣或者螺纹连接。
所述的第一灯座9的连接部与脚架20通过螺栓连接。
所述的固定杆21分别与所述的第一灯盘18与所述的第二灯盘23相对应的连接孔19通过螺栓连接。
结合图7，将本装置组装好测试纯TiO2与TiO2/WO3复合光催化剂对甲醛气体进行光催化降解效率的测试。使用前先将仪器组装好并检漏，根据所需测试的催化剂的份数选取反应管。
反应管在使用前需进行超声清洗，烘干后将玻璃纤维滤膜7安装在第一螺纹盖15和第二螺纹盖16上，然后将需测试的数组催化剂分别装填到多根反应管中标号，所述的第一螺纹盖15和第二螺纹盖16通过垫圈与所述的反应管螺纹连接，再将标号的反应管依次悬挂在装置内的卡扣上，盖上金属合体。
本实例所用气源为一个自制的简易气体发生器，向一个装有200ml 37％甲醛溶液的橡胶塞密封的玻璃瓶中通入两根导管，一根导管将空气通到液面下，另一根导管在液面上将溢出的气体通出。
用蠕动泵将反应气从气体发生装置运送至装置内，控制污染物在反应室中的滞留时间，待反应气流速平稳且将反应室填充满后，此时从进气口采集初始反应气浓度，打开控制台上控制光源的开关，根据需要选择光源的光强和种类，使污染物在此时间段内可被光催化剂充分降解。
每隔一段时间，从装置出气口采样，用气相色谱仪进行表征，可通过气相色谱仪反馈的数据观测光催化剂在光照条件下对污染物的光催化降解效率的变化情况，既可得到准确可靠的实验数据。
经实验测试，当光催化剂的剂量为3g时，使用本装置测试TiO2对甲醛气体的催化效率，钨丝灯光照时几乎没有催化效果，紫外灯照射时催化效率约80％；测试TiO2/WO3复合光催化剂对甲醛气体的催化效率，钨丝灯照射时催化效率约为70％，钨丝灯与紫外灯同时照射时，催化效率可达80％以上。
实验结束后，逐一关闭氘灯和钨丝灯，断掉电源拔掉插座，然后移走金属壳体，清理反应管内的催化剂，用微型吸尘器将装置内残余的粉体吸出，对装置整体进行清洗和干燥。

Claims (9)

1.一种可同时测试不同催化剂光催化降解有毒有害气体性能的装置，其特征在于：所述的装置包括光源系统、反应系统及控制系统及固定所述装置的脚架(20)；
所述的光源系统由紫外灯(2)、钨丝灯(3)及第一灯座(9)和第二灯座(10)构成，所述的第一灯座(9)包括第一灯盘(18)和位于第一灯盘(18)中心的第一灯泡安装部(17)，所述的第二灯座(10)包括第二灯盘(23)和位于第二灯盘(23)中心的第二灯泡安装部(22)；所述的第一灯座(9)与第二灯座(10)均呈中心对称的车轮状结构，所述的第一灯盘(18)与第二灯盘(23)之间安装有反应管体(4)，所述的反应管体(4)通过所述的第一灯盘(18)与第二灯盘(23)分别开设的相对应的卡槽(11)连接，所述第一灯盘(18)的卡槽(11)之间及所述第二灯盘(23)的卡槽(11)之间都均匀布置有连接孔(19)，所述的连接孔(19)呈中心对称；所述的紫外灯(2)与所述的第一灯泡安装部(17)连接，所述的钨丝灯(3)与所述的第二灯泡安装部(22)连接；所述的第一灯座(9)的第一灯泡安装部(17)与所述的第二灯座(10)的第二灯泡安装部(22)呈同心轴布置，所述的紫外灯(2)与所述的钨丝灯(3)面对面安装；所述的第一灯盘(18)与所述的第二灯盘(18)通过固定杆(21)固定连接，所述的固定杆(21)分别与所述的第一灯盘(18)与所述的第二灯盘(23)相对应的连接孔(19)固定；所述的第一灯座(9)底部固定有脚架(20)；
所述的反应系统包括相互独立的反应管体(4)构成的反应室，所述的反应室设有反应入口和反应出口，所述的反应入口与反应出口各自设有玻璃纤维滤膜(7)；
所述的控制系统包括控制台(8)，所述的控制台(8)分别与所述的紫外灯(2)、钨丝灯(3)形成闭合电路；所述的控制台(8)上分别设有控制紫外灯(2)、钨丝灯(3)闭合的开关一(13)和开关二(14)。
2.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的反应管体(4)包括反应管、第一螺纹盖(15)和第二螺纹盖(16)，所述的第一螺纹盖(15)和第二螺纹盖(16)分别与所述的反应管两端通过螺纹连接；所述的第一螺纹盖(15)上设有入口，第二螺纹盖(16)上设有出口，所述的第一螺纹盖(15)和第二螺纹盖(16)上均安装有玻璃纤维滤膜(7)。
3.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的反应室外包裹有中空的金属壳体(1)，所述的金属壳体(1)上设有散热孔(12)，所述的金属壳体(1)与所述的第一灯盘(18)固定连接。
4.如权利要求3所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的第一灯盘(18)的端面尺寸略大于所述金属壳体(1)的端面尺寸，所述金属壳体(1)的端面尺寸与所述的第二灯盘(23)尺寸相匹配。
5.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的第一灯座(9)或第二灯座(10)上的连接孔(19)为4～9个。
6.如据权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的第一灯座(9)或第二灯座(10)上的卡槽(11)为6～8个。
7.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的紫外灯(2)、钨丝灯(3)分别与所述的第一灯座(9)的第一灯泡安装部(17)及所述的第二灯座(10)的第二灯泡安装部(22)通过卡扣或者螺纹连接。
8.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的第一灯盘(18)与脚架(20)通过螺栓连接。
9.如权利要求1所述的可同时测试不同催化剂光催化性能的装置，其特征在于：所述的固定杆(21)分别与所述的第一灯盘(18)与所述的第二灯盘(23)相对应的连接孔(19)通过螺栓连接。
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