CN109444322A - 一种可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装置，本发明专利克服了传统的光催化反应器只能使用单一光源、反应气进气不均匀以及装置实际处理气体污染物的能力不可直接观测的缺点。内置的两处光源能持续提供稳定的可见光与紫外光照射量；流化床光催化反应器使光催化剂和可挥发性有机物能够充分接触，具有传质效率高、操作范围广的特点。

Description

一种可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装置

技术领域：

本发明属于光催化降解技术领域，特别是涉及一种检测不同光源 下光催化降解可挥发性有机物效率的装置。

技术背景：

随着社会工业化的发展和人民生活水平的提高，家居环境及工作 活动场所的环保问题成为人们关注的热点问题，越来越多的人对空气 及生活用水的质量提出高要求，有调查显示，室内空气污染比户外空 气污染更为严重，特别是一些一线城市的大厦内和公共场所，室内空 气污染比户外空气污染严重几十上百倍，而且大多数管理方对此没有 有效的应对方式，有报道称，大约有两千种以上的有害物质会对室内 空气质量造成负面影响。有害气体通过呼吸道进入人体，其表现出的 毒性、刺激性会导致人体产生头晕、头痛、疲劳、恶心、红肿等一系 列不适症状；人体在新陈代谢的过程中,随着饮水和食物,把水中的各 种元素通过消化道进入人体的各个部分.当水中含有有害物质时,对人 体的危害将十分严重.致癌物质可以通过饮用受污染的水,带入人体. 据调查,饮用受污染水的人,患肝癌和胃癌等癌症的发病率,要比饮用 清洁水的高出61.5％左右.当污水中含有汞、镉等元素排入河流和湖 泊时,水生植物就把汞、镉等元素吸收和富集起来,鱼吃水生植物后,又在其体内进一步富集,人吃了中毒的鱼后,汞、镉等元素在人体内富集, 使人体患病而死亡因此，采取有效措施对有害气体及污水加以控制和 治理成为人们关注的热点问题。

现在对室内有害气体的处理方式有：物理吸附、化学氧化和生物 技术等方式，光催化技术利用半导体氧化物在光照条件下表面活化产 生具有强氧化性的基团，对有机物、还原重金属离子、细菌等能起到 高效的氧化分解作用，且光催化技术可利用太阳光能，而光催化剂本 身具有无毒无害、廉价易得等优势，是一项值得深入研究开发的绿色 高效环境治理技术。

同时光催化剂以其廉价易得、安全高效等特点，如今成为众多科 研人员研究的热点技术，其中二氧化钛光催化剂是其中应用最广泛、 性能最高效的催化剂。通过与其他材料复合，可使二氧化钛光催化剂 对光的吸收带由紫外光区拓展至可见光区，使其性能大大提高，而如 何对光催化剂的性能进行测定评价，也是值得深入研究的一项实用技 术。传统的光催化反应器存在催化效率低、催化剂难以有效回收、装 置结构复杂，且大多设备只能在紫外光下光催化降解可挥发性有机物， 也不具备检测不同光源下光催化剂降解可挥发性有机物效率的功能。

发明内容：

本申请的目的是提供了一种可观测不同光源下光催化降解有害 气体气体效率的装置，一方面提高光催化实验数据的稳定性、准确性 和科学性，另一方面为治理室内有害气体气体污染的问题，提供一种 简单有效的解决办法。

为了达到上述发明专利的目的，本发明采用下述技术方案：

一种可观测不同光源下光催化降解有害气体气体效率的装置，其 特征在于：所述的装置包括光源系统、反应系统、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、钨丝灯及第一灯座机组和第二灯座机 组构成，所述的第一灯座机组和第二灯座机组呈中心对称；

所述的第一灯座机组包括第一灯盘和安装在所述第一灯盘底端 的底盘；所述的底盘上设有开口向上的容置腔，所述的容置腔内设有 第一隔板将所述的容置腔分隔为第一内腔和第一外腔，所述的第一内 腔和所述的第一外腔呈同心轴布置；所述的底盘的底面上设有第一进 气口，所述的第一进气口与所述的第一外腔连通；所述的第一灯盘的 中心设有第一灯泡安装部，所述的第一灯泡安装部与所述的钨丝灯连 接；所述的第一灯盘在径向上由所述的第一灯泡安装部向外依次设有 第一内环腔、第一外环腔及第一连接环，所述的第一内环腔、第一外 环腔及第一连接环呈同心轴布置，所述的第一内环腔和第一外环腔开 口向下，所述的第一内环腔顶面上设有散热孔，所述的散热孔与第一 内环腔体连通；所述的第一外环腔顶面上均匀设有第一出气口；所述 的第一内环腔和第一外环腔之间通过连接板一固定连接，所述的连接 板一将第一内环腔和第一外环腔之间的区域分隔为开口向上的第一 内凹槽和开口向下的第二内凹槽；所述的第一外环腔和第一连接环之 间通过连接板二固定连接，所述的连接板二将第一外环腔和第一连接 环之间的区域分隔为开口向上的第一外凹槽和开口向下的第二外凹 槽；所述的底盘上的第一隔板与所述的第二内凹槽相匹配；所述的底 盘上的第一外腔的腔壁与所述的第二外凹槽相匹配使得所述的第一 外腔与所述的第一外环腔形成四周封闭的均流分布室；

所述的第二灯座机组包括第二灯盘和安装在所述第二灯盘顶端 的灯盖；所述的灯盖上设有开口向下的容置腔，所述的容置腔内设有 第二隔板将所述的容置腔分隔为第二内腔和第二外腔，所述的第二内 腔和所述的第二外腔呈同心轴布置；所述的灯盖盖面上设有第二出气 孔，所述的第二出气孔与所述的第二外腔连通；所述的第二灯盘的中 心设有第二灯泡安装部，所述的第二灯泡安装部与所述的紫外灯连接； 所述的第二灯盘在径向上由所述的第二灯泡安装部向外依次设有第 二内环腔、第二外环腔及第二连接环，所述的第二内环腔、第二外环 腔及第二连接环呈同心轴布置，所述的第二内环腔和第二外环腔开口 向上，所述的第二内环腔底面上均匀设有散热孔，所述的散热孔与所 述的第二内环腔体连通；所述的第二外环腔底面上均匀设有第二进气 口；所述的第二内环腔和第二外环腔之间通过连接板三固定连接，所 述的连接板三将第二内环腔和第二外环腔之间的区域分隔为开口向 上的第三内凹槽和开口向下的第四内凹槽；所述的第二外环腔和第二 连接环之间通过连接板四固定连接，所述的连接板四将所述的第二内 环腔和第二外环腔之间的区域分隔为开口向上的第三外凹槽和开口 向下的第四外凹槽；所述的顶盖上的第二隔板与所述的第三内凹槽相 匹配；所述的顶盖上的第三外腔的腔壁与所述的第三外凹槽相匹配使 得所述的第二外腔与所述的第二外环腔形成四周封闭的均流分布室；

所述的第一出气口和所述的第二进气口处分别安装有滤芯；

所述的紫外灯5与所的钨丝灯6面对面安装；

所述的第一连接环和底盘固定连接；

所述的第二连接环和顶盖固定连接；

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；

所述的反应系统由夹层玻璃管体构成，所述的夹层玻璃管体由内 反应管和外反应管构成；所述的夹层玻璃管体固定安装于第一灯座机 组和第二灯座机组之间，所述的内反应管两端分别与所述的第一内凹 槽和所述的第四内凹槽相匹配；所述的外反应管两端分别与所述的第 一外凹槽和所述的第四外凹槽相匹配；

所述的控制系统包括控制台，开关一、开关二；所述的紫外灯与 所述的控制台、开关一形成闭合电路；所述的钨丝灯与所述的控制台、 开关二形成闭合电路；

进一步，所述的第一连接环和底盘固定连接。

进一步，所述的第二连接环和顶盖固定连接。

再进一步，所述的紫外灯、钨丝灯分别与所述的第一灯座和第二 灯座的灯泡安装部通过卡扣或者螺纹连接。

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，流体分布板上装填的滤芯使得有害 气体气体能畅通无阻地通入反应器内，而催化剂颗粒则不会产生任何 泄露，反应完成后，可通过装置配套的微型吸尘器对光催化剂进行回 收。

作为优选，在上述的装置中，反应室内的热电偶连通电控盒中的 显示仪，能对反应室的温度进行实时监控，反应进行时，两枚灯泡会 放出大量的热，因此电控盒中的风扇也能对反应室的温度起到一定的 调控作用。

作为优选，在上述的装置中，反应气通过蠕动泵进样，可对气体 流速有效地进行控制，使通过反应室的气体的工艺参数符合测试要求。

作为优选，在上述的装置中，添加了显色区间这一特殊区块，该 区块可直观地反映本装置的气体污染物处理能力，以便让人清晰地了 解到尾气排放浓度是否达标这一重要问题。

本发明提供的光催化降解装置，同样适用于对其他低浓度气相有 机污染物的催化效率的测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明专利克服了传统的光催化反应器只能使用单一光源、反应 气进气不均匀以及装置实际处理气体污染物的能力不可直接观测的 缺点。内置的两处光源能持续提供稳定的可见光与紫外光照射量；流 化床光催化反应器使光催化剂和可挥发性有机物能够充分接触，具有 传质效率高、操作范围广的特点。

本装置若用于降解污染物，有结构简单、廉价实用、催化活性及 光能利用率高等特点，若用于检测不同光照条件下，光催化剂颗粒对 污染物的降解效果，有操作方便、结果可靠、固体颗粒可回收重复使 用等特点，可广泛用以室内环保及实验研究。

本装置适用于光吸收带拓展至可见光区的光催化剂及可被该催 化剂降解的污染物。

附图说明：

图1本发明专利结构示意图之一；

图2本发明专利结构示意图之二；

图3本发明专利结构示意图俯视图；

图4本发明专利灯座结构爆炸视图；

图5第一灯盘示意图；

图6第二灯盘示意图；

图7装置玻璃管示意图；

图8第一灯盘的俯视图；

图9第一灯盘的仰视图；

图10底盘的俯视图；

图11第一灯盘的剖面图；

图12底盘的剖面图；

图13第二灯座的俯视图；

图14第二灯座的仰视图；

图15顶盖的仰视图；

图16第二灯座的剖视图；

图17顶盖的剖视图；

图18本发明专利结构示意图横向剖面图。

具体实施方式

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，本实例所采取的方案仅为实验的一部分。

图中，1-第二出气孔，2-第一进气口，3-内反应管，4-外反应管， 5-紫外灯，6-钨丝灯，7-滤芯，8-控制台，9-第一灯泡安装部，10-第 二灯泡安装部，11-脚架，12-，13-第一灯盘，14-第二灯座，15-开关 一，16-开关二，19-连接孔，20-散热孔，21-底盘，22-第一隔板，23- 第一内腔，24-第一外腔，25-第一内环腔，26-第一外环腔，27-第一 连接环，28-连接板一，29-，30-第二内凹槽，31-连接板二，32-第一 外凹槽，33-第二外凹槽，34-顶盖，35-第二隔板，36-第二内腔，37- 第二外腔，38-第二内环腔，39-第二外环腔，40-第二连接环，41-第二连接环，42-第三内凹槽，43-第四内凹槽，44-连接板四，45-第三 外凹槽，46-第四外凹槽。

本发明所述的可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装 置，包括光源系统、反应系统、控制系统及固定所述装置的脚架11；

所述的光源系统由紫外灯5、钨丝灯6及第一灯座机组和第二灯 座机组构成，所述的第一灯座机组和第二灯座机组呈中心对称；

所述的第一灯座机组包括第一灯盘13和安装在所述第一灯盘13 底端的底盘21；所述的底盘21上设有开口向上的容置腔，所述的容 置腔内设有第一隔板22将所述的容置腔分隔为第一内腔23和第一外 腔24，所述的第一内腔23和所述的第一外腔24呈同心轴布置；所 述的底盘21的底面上设有第一进气口2，所述的第一进气口2与所 述的第一外腔24连通；所述的第一灯盘13的中心设有第一灯泡安装 部9，所述的第一灯泡安装部9与所述的紫外灯5连接；所述的第一 灯盘13在径向上由所述的第一灯泡安装部9向外依次设有第一内环 腔25、第一外环腔26及第一连接环27，所述的第一内环腔25、第 一外环腔26及第一连接环27呈同心轴布置，所述的第一内环腔25 和第一外环腔26开口向下，所述的第一内环腔25顶面上设有散热孔 20，所述的散热孔20与第一内环腔体连通；所述的第一外环腔26顶面上均匀设有第一进气口2；所述的第一内环腔25和第一外环腔26 之间通过连接板一28固定连接，所述的连接板一28将第一内环腔 25和第一外环腔26之间的区域分隔为开口向上的第一内凹槽29和 开口向下的第二内凹槽30；所述的第一外环腔26和第一连接环之间 通过连接板二31固定连接，所述的连接板二31将第一外环腔26和 第一连接环27之间的区域分隔为开口向上的第一外凹槽32和开口向 下的第二外凹槽33；所述的底盘21上的第一隔板22与所述的第二 内凹槽30相匹配；所述的底盘21上的第一外腔24的腔壁与所述的 第二外凹槽33相匹配使得所述的第一外腔24与所述的第一外环腔 26形成四周封闭的均流分布室；

所述的第二灯座机组包括第二灯盘14和安装在所述第二灯盘14 顶端的顶盖34；所述的灯盖上设有开口向下的容置腔，所述的容置 腔内设有第二隔板35将所述的容置腔分隔为第二内腔36和第二外腔 37，所述的第二内腔36和所述的第二外腔37呈同心轴布置；所述的 顶盖36盖面上设有第二出气孔1，所述的第二出气孔1与所述的第 二外腔37连通；所述的第二灯盘14的中心设有第二灯泡安装部10， 所述的第二灯泡安装部10与所述的钨丝灯6连接；所述的第二灯盘 14在径向上由所述的第二灯泡安装部10向外依次设有第二内环腔38、 第二外环腔39及第二连接环40，所述的第二内环腔38、第二外环腔 39及第二连接环40呈同心轴布置，所述的第二内环腔38和第二外 环腔39开口向上，所述的第二内环腔38底面上均匀设有散热孔20， 所述的散热孔20与所述的第二内环腔体连通；所述的第二外环腔39 底面上均匀设有第二出气口1；所述的第二内环腔38和第二外环腔 39之间通过连接板三41固定连接，所述的连接板三41将第二内环 腔38和第二外环腔39之间的区域分隔为开口向上的第三内凹槽42 和开口向下的第四内凹槽43；所述的第二外环腔39和第二连接环40 之间通过连接板四44固定连接，所述的连接板四44将所述的第二内 环腔38和第二外环腔39之间的区域分隔为开口向上的第三外凹槽 45和开口向下的第四外凹槽46；所述的顶盖34上的第二隔板35与 所述的第三内凹槽42相匹配；所述的顶盖35上的第二外腔37的腔 壁与所述的第三外凹槽45相匹配使得所述的第二外腔37与所述的第 二外环腔39形成四周封闭的均流分布室；

所述的第一出气口1和所述的第二进气口2处分别安装有滤芯7；

所述的紫外灯5与所的钨丝灯6面对面安装；

所述的第一连接环27和底盘21固定连接；

所述的第二连接环41和顶盖34固定连接；

所述的第一灯盘13与所述的第二灯盘14通过固定杆12固定连 接，所述的固定杆12分别与所述的第一灯盘13与所述的第二灯盘 14相对应的连接孔19固定；所述的第一灯座13底部固定有脚架11；

所述的反应系统由夹层玻璃管体构成，所述的夹层玻璃管体由内 反应管3和外反应管4构成；所述的夹层玻璃管体固定安装于第一灯 座机组和第二灯座机组之间，所述的内反应管3两端分别与所述的第 一内凹槽29和所述的第四内凹槽43相匹配；所述的外反应管4两端 分别与所述的第一外凹槽32和所述的第四外凹槽46相匹配；

所述的控制系统包括控制台8，开关一15、开关二16；所述的 紫外灯1与所述的控制台8、开关一15形成闭合电路；所述的钨丝 灯2与所述的控制台8、开关二16形成闭合电路。

所述的第一连接环27和底盘21固定连接。

所述的第二连接环41和顶盖34固定连接。

所述的紫外灯1、钨丝灯2分别与所述的第一灯座13和第二灯 座14的灯泡安装部通过卡扣或者螺纹连接。

实验时，气体从第一进气口进入第一灯座机组，经第一外环腔进 入反应内管和反应外管的夹层中，在紫外灯和钨丝灯的作用下进行降 解，并由第二灯座机组上的第二出气口排出。

Claims (4)

1.一种可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装置，其特征在于：所述的装置包括光源系统、反应系统、控制系统及固定所述装置的脚架(11)；

所述的光源系统由紫外灯(5)、钨丝灯(6)及第一灯座机组和第二灯座机组构成，所述的第一灯座机组和第二灯座机组呈中心对称；

所述的第一灯座机组包括第一灯盘(13)和安装在所述第一灯盘(13)底端的底盘(21)；所述的底盘(21)上设有开口向上的容置腔，所述的容置腔内设有第一隔板(22)将所述的容置腔分隔为第一内腔(23)和第一外腔(24)，所述的第一内腔(23)和所述的第一外腔(24)呈同心轴布置；所述的底盘(21)的底面上设有第一进气口(2)，所述的第一进气口(2)与所述的第一外腔(24)连通；所述的第一灯盘(13)的中心设有第一灯泡安装部(9)，所述的第一灯泡安装部(9)与所述的紫外灯(5)连接；所述的第一灯盘(13)在径向上由所述的第一灯泡安装部(9)向外依次设有第一内环腔(25)、第一外环腔(26)及第一连接环(27)，所述的第一内环腔(25)、第一外环腔(26)及第一连接环(27)呈同心轴布置，所述的第一内环腔(25)和第一外环腔(26)开口向下，所述的第一内环腔(25)顶面上设有散热孔(20)，所述的散热孔(20)与第一内环腔体连通；所述的第一外环腔(26)顶面上均匀设有第一进气口(2)；所述的第一内环腔(25)和第一外环腔(26)之间通过连接板一(28)固定连接，所述的连接板一(28)将第一内环腔(25)和第一外环腔(26)之间的区域分隔为开口向上的第一内凹槽(29)和开口向下的第二内凹槽(30)；所述的第一外环腔(26)和第一连接环之间通过连接板二(31)固定连接，所述的连接板二(31)将第一外环腔(26)和第一连接环(27)之间的区域分隔为开口向上的第一外凹槽(32)和开口向下的第二外凹槽(33)；所述的底盘(21)上的第一隔板(22)与所述的第二内凹槽(30)相匹配；所述的底盘(21)上的第一外腔(24)的腔壁与所述的第二外凹槽(33)相匹配使得所述的第一外腔(24)与所述的第一外环腔(26)形成四周封闭的均流分布室；

所述的第二灯座机组包括第二灯盘(14)和安装在所述第二灯盘(14)顶端的顶盖(34)；所述的灯盖上设有开口向下的容置腔，所述的容置腔内设有第二隔板(35)将所述的容置腔分隔为第二内腔(36)和第二外腔(37)，所述的第二内腔(36)和所述的第二外腔(37)呈同心轴布置；所述的顶盖(34)盖面上设有第二出气孔(1)，所述的第二出气孔(1)与所述的第二外腔(37)连通；所述的第二灯盘(14)的中心设有第二灯泡安装部(10)，所述的第二灯泡安装部(10)与所述的钨丝灯(6)连接；所述的第二灯盘(14)在径向上由所述的第二灯泡安装部(10)向外依次设有第二内环腔(38)、第二外环腔(39)及第二连接环(40)，所述的第二内环腔(38)、第二外环腔(39)及第二连接环(40)呈同心轴布置，所述的第二内环腔(38)和第二外环腔(39)开口向上，所述的第二内环腔(38)底面上均匀设有散热孔(20)，所述的散热孔(20)与所述的第二内环腔体连通；所述的第二外环腔(39)底面上均匀设有第二出气口(1)；所述的第二内环腔(38)和第二外环腔(39)之间通过连接板三(41)固定连接，所述的连接板三(41)将第二内环腔(38)和第二外环腔(39)之间的区域分隔为开口向上的第三内凹槽(42)和开口向下的第四内凹槽(43)；所述的第二外环腔(39)和第二连接环(40)之间通过连接板四(44)固定连接，所述的连接板四(44)将所述的第二内环腔(38)和第二外环腔(39)之间的区域分隔为开口向上的第三外凹槽(45)和开口向下的第四外凹槽(46)；所述的顶盖(34)上的第二隔板(35)与所述的第三内凹槽(42)相匹配；所述的顶盖(35)上的第二外腔(37)的腔壁与所述的第三外凹槽(45)相匹配使得所述的第二外腔(37)与所述的第二外环腔(39)形成四周封闭的均流分布室；

所述的第一出气口(1)和所述的第二进气口(2)处分别安装有滤芯(7)；

所述的紫外灯(5)与所的钨丝灯(6)面对面安装；

所述的第一连接环(27)和底盘(21)固定连接；

所述的第二连接环(41)和顶盖(34)固定连接；

所述的第一灯盘(13)与所述的第二灯盘(14)通过固定杆(12)固定连接，所述的固定杆(12)分别与所述的第一灯盘(13)与所述的第二灯盘(14)相对应的连接孔(19)固定；所述的第一灯座(13)底部固定有脚架(11)；

所述的反应系统由夹层玻璃管体构成，所述的夹层玻璃管体由内反应管(3)和外反应管(4)构成；所述的夹层玻璃管体固定安装于第一灯座机组和第二灯座机组之间，所述的内反应管(3)两端分别与所述的第一内凹槽(29)和所述的第四内凹槽(43)相匹配；所述的外反应管(4)两端分别与所述的第一外凹槽(32)和所述的第四外凹槽(46)相匹配；

所述的控制系统包括控制台(8)，开关一(15)、开关二(16)；所述的紫外灯(1)与所述的控制台(8)、开关一(15)形成闭合电路；所述的钨丝灯(2)与所述的控制台(8)、开关二(16)形成闭合电路。

2.根据权利要求1所述的可观测不同光源下光催化降解有害气体效率的装置，其特征在于：所述的第一连接环(27)和底盘(21)固定连接。

3.根据权利要求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：所述的第二连接环(41)和顶盖(34)固定连接。

4.根据权利要求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：所述的紫外灯(1)、钨丝灯(2)分别与所述的第一灯座(13)和第二灯座(14)的灯泡安装部通过卡扣或者螺纹连接。