CN111437689A - 一种双通道高温光热催化反应装置 - Google Patents

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Abstract

一种双通道高温光热催化反应装置，包括：两端开口的石英套管内管和一端开口的石英套管外管，所述石英套管外管开口端设置有套管外管法兰，所述石英套管内管贯通所述套管外管法兰且第一端伸入所述石英套管外管内部。本申请提供的一种双通道高温光热催化反应装置具有如下有益效果：(1)实现了双通道高温光热协同反应，光热反应温度可调，聚焦光斑可位于氧载体膜上，光斑大小可以调节；(2)实现了氧载体膜用于氧传输，单催化剂可用于双反应。实现了光热协同反应进行，在光热高温条件下进行材料的活性测试以及氧迁移能力测试。

Description

一种双通道高温光热催化反应装置
技术领域
本发明属于光化学领域，具体涉及一种双通道高温光热催化反应装置。
背景技术
人类对光的认知和利用促进了电子激发态的研究，随着关于光的新概念、新理论的提出，人们对物质认识的深度和广度逐渐加深。了解自然界的光合作用对太阳能利用、环境保护、开创新反应途径、寻求新材料提供了重要基础，在新能源、新材料、新信息等高技术领域中发挥着越来越重要的作用。光热催化系统的应用对光化学的发展起到了重要的支撑作用。其中，光热催化方最重要的作用在于提高催化效率，在多种实验条件下促进反应进行，提高生产速率，从而提高生产效率、效益。
目前光热催化装置多为单通道反应，利用光热驱动反应进行。比如专利ZL201620142695.1(一种全自动光催化活性评价系统)，可以进行在线测试、可以配合玻璃反应瓶或反应釜使用。专利201610144691.1(一种光纤式光催化反应器和将CO2转化为甲醇的方法)，通过提高催化剂光利用效率、改进反应器增强光催化CO2还原。尽管光热催化方式提高了转化速率，但是对于一些特定反应，甲烷化学链反应、甲烷干重整、CO2裂解，化学链方式的提出可以获得高纯产物，但是该反应无法连续产生高浓度的产物，这些专利装置存在应用局限性。若采取连续进样则会因为反应不完全、产物分离较难，造成分离成本较高的问题。因此，如何使一种装置具有光热催化效应、同时实现双反应同时进行的特性十分有必要。
发明内容
本发明提供一种双通道高温光热催化反应装置，克服现有光热催化评价系统存在的一些缺陷，实现高温光热协同的情况下材料合成以及催化活性测试。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种双通道高温光热催化反应装置，包括：两端开口的石英套管内管和一端开口的石英套管外管，所述石英套管外管开口端设置有套管外管法兰，所述石英套管内管贯通所述套管外管法兰且第一端伸入所述石英套管外管内部，所述石英套管内管第一端设置有氧载体膜而第二端设置有套管内管法兰，所述套管内管法兰上贯通设置有内管进气管和内管出气管，所述内管出气管中设置有热电偶丝，所述内管进气管和所述热电偶丝的第一端均伸入所述石英套管内管内部且靠近所述氧载体膜，所述套管外管法兰上贯通设置有外管进气管和外管出气管，所述外管进气管第一端伸入所述石英套管外管内部且靠近所述氧载体膜，所述石英套管外管封口端外设置有光源，所述石英套管外管封口端上设置有透光窗口，所述光源透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜上。
优选地，所述光源包括：氙灯光源、汞灯光源、激光光源或卤素灯光源。
优选地，所述光源包括紫外光光源、可见光光源或红外光光源。
优选地，所述光源包括平行光光源或汇聚光光源。
优选地，所述光源和所述氧载体膜之间设置有聚焦镜，所述光源透过所述聚焦镜汇聚于所述氧载体膜上。
优选地，所述氧载体膜包括氧化铈载体膜或钙钛矿载体膜。
优选地，所述石英套管外管外侧设置有循环水
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
(1)实现了双通道高温光热协同反应，光热反应温度可调，聚焦光斑可位于氧载体膜上，光斑大小可以调节；
(2)实现了氧载体膜用于氧传输，单催化剂可用于双反应。实现了光热协同反应进行，在光热高温条件下进行材料的活性测试以及氧迁移能力测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种双通道高温光热催化反应装置示意图；
图中：1.内管进气管，2.套管内管法兰，3.石英套管内管，4.外管进气管，5.套管外管法兰，6.石英套管外管，7.光源，8.氧载体膜，9.循环水，10.外管出气管，11.内管出气管，12.热电偶丝。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
参见图1，本发明提供了一种双通道高温光热催化反应装置，包括：两端开口的石英套管内管3和一端开口的石英套管外管6，所述石英套管外管6开口端设置有套管外管法兰5，所述石英套管内管3贯通所述套管外管法兰5且第一端伸入所述石英套管外管6内部，所述石英套管内管3第一端设置有氧载体膜8而第二端设置有套管内管法兰2，所述套管内管法兰2上贯通设置有内管进气管1和内管出气管11，所述内管出气管11中设置有热电偶丝12，所述内管进气管1和所述热电偶丝12的第一端均伸入所述石英套管内管3内部且靠近所述氧载体膜8，所述套管外管法兰5上贯通设置有外管进气管4和外管出气管10，所述外管进气管4第一端伸入所述石英套管外管6内部且靠近所述氧载体膜8，所述石英套管外管6封口端外设置有光源7，所述石英套管外管6封口端上设置有透光窗口，所述光源7透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜8上。
下面将结合实施例对本申请的一种双通道高温光热催化反应装置进行详细说明。
参见图1，本发明提供了一种双通道高温光热催化反应装置，包括：两端开口的石英套管内管3和一端开口的石英套管外管6，所述石英套管外管6开口端设置有套管外管法兰5，套管外管法兰5将石英套管外管6开口端完全封堵，使其内部成为密闭空间。所述石英套管内管3贯通所述套管外管法兰5且第一端伸入所述石英套管外管6内部，所述石英套管内管3第一端设置有氧载体膜8而第二端设置有套管内管法兰2，套管内管法兰2和氧载体膜8共同将石英套管内管3的两端完全封堵，使其内部成为密闭空间。所述套管内管法兰2上贯通设置有内管进气管1和内管出气管11，所述内管出气管11中设置有热电偶丝12，所述内管进气管1和所述热电偶丝12的第一端均伸入所述石英套管内管3内部且靠近所述氧载体膜8，所述套管外管法兰5上贯通设置有外管进气管4和外管出气管10，所述外管进气管4第一端伸入所述石英套管外管6内部且靠近所述氧载体膜8，所述石英套管外管6封口端外设置有光源7，所述石英套管外管6封口端上设置有透光窗口，所述光源7透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜8上。
当使用此双通道高压光热催化反应装置进行反应时，内管进气管1和内管出气管11分别完成石英套管内管3内部的进气和出气，外管进气管4和外管出气管10分别完成石英套管外管6内部的进气和出气，光源7透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜8上，氧载体膜8在光源7照射下具有氧迁移能力，可以在石英套管内管3内部和石英套管外管6内部进行双反应，热电偶丝12通电后可以实现对光热反应温度的控制。
在本申请实施例中，所述透光窗口形状为圆形，所述光源透过所述透光窗口在所述氧载体膜上形成圆形光斑。
在本申请实施例中，所述光源7包括：氙灯光源、汞灯光源、激光光源或卤素灯光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。
在本申请实施例中，所述光源7包括紫外光光源、可见光光源或红外光光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。
在本申请实施例中，所述光源7包括平行光光源或汇聚光光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。
在本申请实施例中，所述光源7和所述氧载体膜8之间设置有聚焦镜，所述光源7透过所述聚焦镜汇聚于所述氧载体膜8上。聚焦镜与光源7和载体膜8之间的距离可以根据需要改变，从而使得光源7在氧载体膜8上的强度根据需要改变。
在本申请实施例中，所述氧载体膜8包括氧化铈载体膜或钙钛矿载体膜，使用者可以选择任意一种合适的氧载体膜进行反应。氧化铈和钙钛矿氧化膜的氧迁移能力较强，可以同时进行内外脱氧、得氧两个过程。由于有氧载体膜8的存在，才能使氧载体膜8内外两个反应同时进行，而不用进行分段链式处理。
在本申请实施例中，所述石英套管外管6外侧设置有循环水9。循环水9可以降低装置温度，减少法兰中橡胶圈的老化速度。循环水9可以用其他冷却装置代替。
本申请提供的一种双通道高温光热催化反应装置具有如下有益效果：
(1)实现了双通道高温光热协同反应，光热反应温度可调，聚焦光斑可位于氧载体膜上，光斑大小可以调节；
(2)实现了氧载体膜用于氧传输，单催化剂可用于双反应。实现了光热协同反应进行，在光热高温条件下进行材料的活性测试以及氧迁移能力测试。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，包括：两端开口的石英套管内管和一端开口的石英套管外管，所述石英套管外管开口端设置有套管外管法兰，所述石英套管内管贯通所述套管外管法兰且第一端伸入所述石英套管外管内部，所述石英套管内管第一端设置有氧载体膜而第二端设置有套管内管法兰，所述套管内管法兰上贯通设置有内管进气管和内管出气管，所述内管出气管中设置有热电偶丝，所述内管进气管和所述热电偶丝的第一端均伸入所述石英套管内管内部且靠近所述氧载体膜，所述套管外管法兰上贯通设置有外管进气管和外管出气管，所述外管进气管第一端伸入所述石英套管外管内部且靠近所述氧载体膜，所述石英套管外管封口端外设置有光源，所述石英套管外管封口端上设置有透光窗口，所述光源透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜上。
2.根据权利要求1所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源包括：氙灯光源、汞灯光源、激光光源或卤素灯光源。
3.根据权利要求1所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源包括紫外光光源、可见光光源或红外光光源。
4.根据权利要求1所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源包括平行光光源或汇聚光光源。
5.根据权利要求1所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源和所述氧载体膜之间设置有聚焦镜，所述光源透过所述聚焦镜汇聚于所述氧载体膜上。
6.根据权利要求1或5所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述氧载体膜包括氧化铈载体膜或钙钛矿载体膜。
7.根据权利要求1所述的双通道高温光热催化反应装置，其特征在于，所述石英套管外管外侧设置有循环水。
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