CN111495300A - 一种光照平行反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光照平行反应装置，包括光源、反应器底座、反应瓶、反应瓶支架和反应瓶支架驱动机构。反应瓶安装在反应瓶支架上，通过顺时针螺纹拧紧与反应器底座上的反应瓶支架驱动机构相连。安装反应瓶时，可逆时针旋转拆卸反应瓶支架。反应瓶支架驱动机构驱动反应瓶支架带动反应瓶在反应器底座上转动。光源安装在反应瓶支架的侧面，从反应瓶的侧面提供照射。本发明采用了反应瓶旋转换位的方式实现了平行反应过程，对光源和反应瓶要求低，极大降低了光照平行反应装置的造价和使用成本。

Description

一种光照平行反应装置

技术领域

本发明涉及光照反应器，特别涉及一种可做多通道光照平行反应的实验装置。该装置适用于光催化、光合成等领域催化剂筛选以及定量光反应动力学的研究。

背景技术

在光催化及光合成反应研究中，往往需要改变参数，如催化剂种类、用量或反应物浓度等，在相同光照条件下进行测试，以获得催化剂性能的对比或者最优反应物配比等。该类反应除了预设的不同参数，其它任何实验参数都要求相同，比如光照条件、反应温度、搅拌状态等等，因此对实验装置的设计提出了较高的要求。

目前主要有两种方式实现上述反应：(1)逐一反应，由于不同的光源可能导致不同的波长和光强分布，因此测试中始终采用同一光源照射，完成所有样品的逐个测试。这种方法比较简单，结果也比较可靠，然而非常浪费时间。特别是遇到单个反应时间较长，完成全部测试的时间就会成倍增长；并且第一个样品和最后一个样品相隔时间太久也会导致产物结果不能同时分析，极大地增加了研究者的工作量以及劳动强度；(2)平行反应，即采用多个样品在多个光源下同时反应。这种方法为了平衡光源差异，需要光源或样品变换位置，实现每个反应瓶等效的光照条件，因此对实现样品搅拌以及光源照射方式的提出了较高的要求。目前一些平行反应器被发明出来，但是主要采用了平底反应瓶底部照射的方式，导致了光照穿透力不够以及存在搅拌磁子遮挡光线等问题。不仅如此，这些反应装置需要特殊定制的反应瓶，不能兼容市面上已普遍使用的实验瓶耗材。一方面特殊定制的反应瓶使用成本较高，另一方面每次实验完成后研究人员不得不浪费大量宝贵的时间清洗实验瓶。

另外申请号为CN2007100998751，公开号为CN101315357B的中国发明专利公开了一种光催化制氢活性快速评价的多通道反应装置，该发明的反应管位于光源的四周，利用中心管式光源的转动来达到光照均匀的目的。该方案光源的旋转结构对于电极要求很高，仅适合单一的管式光源。另外该发明对光源四周反应管内反应物的搅拌存在一定的难度，此外每个反应瓶的温度一致性控制也是一个很大的问题。

申请号为CN2009101531149，公开号为CN102019161A，公开日为2011年4月20日的中国发明专利申请公布了一种多通道光催化反应装置，该反应装置包括光源系统、反应系统和冷却系统。光源系统包括N个管式光源，反应系统有M个透光的反应管，N个管式光源围绕在M个透光的反应管周围，光源系统需要围绕反应系统转动。由于该发明需要光源系统的匀速转动来保证反应系统的均匀光照，这对光源设计要求非常高，导致整个反应装置的造价成本大大提高；该专利的光源采用汞灯或者氙灯而且还要在周围的循环液体冷却装置以及下方的多个风扇，如果满足不了这些要求，该装置就无法实现其功能。

综上所述，在光催化及光合成反应研究中，从逐一反应过渡到了平行反应。然而现有装置仍然存在对光源的选择要求高和反应瓶搅拌困难等问题，这是目前光照平行反应装置存在的最大痛点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光照平行反应装置，该装置对光源选择要求低，反应瓶的换位转动直接带动反应瓶内搅拌，大大降低了光照平行反应装置的造价和使用成本。

一种光照平行反应装置，其特征在于：包括光源、反应器底座、反应瓶、反应瓶支架和反应瓶支架驱动机构，反应瓶支架安装在反应器底座上与反应瓶支架驱动机构相连，反应瓶支架驱动机构驱动反应瓶支架在反应器底座上转动，所述反应瓶安装在反应瓶支架上，光源安装在反应瓶支架的侧面，光源发出的光照射在反应瓶的侧面。

所述反应瓶底部设置有搅拌磁子，所述反应器底座顶部的对应位置处设置有磁铁，磁铁与磁子的磁场方向耦合。

所述反应器底座内部中空，侧面设置有进风口，顶部设置有出风孔，进风口出安装有风扇防护网和进气风扇，反应瓶支架位于出风孔上方。进气风扇产生的风从出风孔吹出，冷却反应瓶。

所述磁铁固定安装在反应器底座顶部的下表面上，磁铁的磁极方向沿水平轴向交替分布，搅拌磁子的磁极方向与底座处磁铁的磁极方向耦合，反应瓶支架公转时，应瓶底部的搅拌磁子经过交替变换的磁场，形成自转搅拌作用。

所述光源围绕反应瓶支架设置，可以是环形LED光源，也可以是氙灯，甚至太阳光。

所述反应瓶支架包括圆盘和支撑杆，支撑杆垂直固定在圆盘中心，支撑杆通过了螺纹安装在反应器底座上的支架驱动机构上。

所述圆盘呈环形均布有多个反应瓶固定豁口，圆盘中间固定的支撑杆周围呈环形均匀布置有多个通气孔，所述圆盘是用具有弹性的工程塑料或者树脂制成，豁口通过弹性将反应瓶固定在支架上，支撑杆为一根一端具有螺纹的金属杆。

所述反应器驱动机构包括旋转电机和转速控制器，电机与转速控制器相连，旋转电机的输出轴与反应瓶支架相连，旋转电机和转速控制器均安装在反应器底座内。

本发明的主要特征让反应瓶换位转动。带来的有益效果是：通过反应瓶转动，不仅让从侧面照射的光源均匀等效地照射在每个反应瓶上，并且通过磁铁耦合实现了反应瓶内的磁子的搅拌。由于光源不需要转动，对光源就没有过多的要求，只要光源照射方向是从反应瓶的侧面，可以选择任何普通的光源，甚至直接使用太阳光照射也可实现平行反应目的，大大提高了光照平行反应的通用性。该发明的反应瓶支架可以使用普通规格的反应瓶耗材，降低了光照平行反应器的造价和使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为反应瓶支架的结构示意图；

图3为反应器底座的磁铁的布局结构俯视图。

附图中，1.光源，2.反应瓶支架，3.反应瓶，4.反应器底座，5.旋转电机，6.进气风扇，7.风扇防护网，8.转速控制器，9.搅拌磁子，10.磁铁，11.圆盘，12.支撑杆，13.豁口，14.反应瓶固定孔，15.通气孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

将反应瓶3逐个安装在反应瓶支架2的装载位置，并将反应瓶支架2安装在反应器底座4上。反应瓶支架2通过螺纹拧紧在反应器底座4驱动电机的主轴上。该驱动机构来驱动反应瓶支架2转动，通过反应瓶支架2的转动来获得均匀的光照条件。在反应器底座4上安装光源1，光源1安装在反应瓶支架2的侧面，光源1发出的光照射在反应瓶的侧面，而不是从底部照射反应瓶，避免了搅拌子对光线的遮挡。另外从侧面照射，反应瓶得到的光照更多，而且不需要对反应瓶的底部进行特殊设计，采用普通的反应瓶即可，大大降低了使用成本。在转动的过程中，由于反应瓶等价换位，反应瓶内的反应物能够得到等效的光照。即使使用普通的光源照射完全能够代替特制的光源，这样就大大降低了装置的造价成本以及使用成本。为了避免反应受到热量的干扰，本发明还增加了通风散热装置，该散热装置是在反应器底座的侧面开一个进风口，在进风孔处加装一个进气风扇6，反应器底座4内部中空，在安装反应瓶支架2的地方的四周设置出风孔，进气风扇6产生的空气流从出风孔吹出对反应瓶进行散热。进气风扇6的前端安装一个风扇防护网7，其作用在于阻挡杂物等进入到反应器底座内，同时还能对进气风扇6进行一个很好的保护。反应瓶支架驱动机构可以采用多种多样的结构，只要能够驱动反应瓶支架转动即可，本发明采用最为简单的方式就是用旋转电机5驱动，为了实现旋转电机转速的调节可以加装一个转速控制器8，对旋转电机的转速进行控制。由于光源不再转动，本发明仅仅在反应器底座内装进气风扇即可达到冷却的要求。

为了实现反应瓶内反应物质的搅拌，在反应器底座的顶部下表面上固定安装了磁铁10，磁铁10均匀分布在反应瓶公转的轨迹上，磁场方向沿水平轴向交替分布。反应瓶内装有搅拌磁子，反应瓶旋转过程中，反应瓶内的搅拌磁子9与磁铁10耦合转动，由于旋转轨迹上的磁场方向交替变化，从而带动搅拌磁子9转动，实现了搅拌作用。通过搅拌磁子搅拌，可使反应瓶中的反应物质均匀。该设计不需要额外增加搅拌装置，简化了设备。搅拌磁子的数量以及布置的形式，根据反应瓶的数量来布置。

反应瓶支架2包括圆盘11和支撑杆12，圆盘11安装在支撑杆12上，支撑杆12通过一端的螺纹安装在反应器底座4上的驱动电机主轴上。反应瓶支架在使用过程中可拆卸，方便反应瓶的装载和取卸。

所述圆盘11上均匀环形设置有多个反应瓶固定孔14，反应瓶固定孔14开设有豁口13，圆盘11中间位置连接支撑杆12，支撑杆12的周围呈环形均匀布置有多个通气孔15，反应瓶3固定反应瓶固定孔14中，反应瓶从圆盘11下方喂入，卡在反应瓶固定孔14中限位，在所述圆盘是用具有弹性的工程塑料或者树脂制成，豁口13提供了一定的弹性空间将反应瓶固定在支架上。支撑杆的顶端有螺纹，通过手动旋转安装或拆卸于底座电机5的主轴上。电机5主轴中心有螺纹孔，适合支架的安装。

所述反应器驱动机构包括旋转电机5和转速控制器8，旋转电机5与转速控制器8相连，旋转电机的输出轴与反应瓶支架相连，旋转电机和转速控制器均安装在反应器底座内。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种光照平行反应装置，其特征在于：包括光源、反应器底座、反应瓶、反应瓶支架和反应瓶支架驱动机构，反应瓶支架安装在反应器底座上并与反应瓶支架驱动机构相连，反应瓶支架驱动机构驱动反应瓶支架在反应器底座上转动，所述反应瓶安装在反应瓶支架上，光源安装在反应瓶支架的侧面，光源发出的光照射在反应瓶的侧面。

2.根据权利要求1所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述反应瓶底部设置有搅拌磁子，所述反应器底座顶部的对应位置处设置有磁铁，反应器底座顶部磁铁的磁极方向沿水平轴向交替分布，搅拌磁子的磁极方向与底座处磁铁的磁极方向耦合。

3.根据权利要求1所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述反应器底座内部中空，侧面设置有进风口，顶部设置有出风孔，进风口处安装有风扇防护网和进气风扇，反应瓶支架位于出风孔上方。

4.根据权利要求1所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述光源围绕反应瓶支架设置。

5.根据权利要求1所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述反应瓶支架包括圆盘和支撑杆，支撑杆垂直固定在圆盘中心，支撑杆通过了螺纹安装在反应器底座上的支架驱动机构上。

6.根据权利要求5所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述圆盘呈环形均布有多个反应瓶固定豁口，圆盘中间固定的支撑杆周围呈环形均匀布置有多个通气孔，所述圆盘是用具有弹性的工程塑料或者树脂制成，豁口通过弹性将反应瓶固定在圆盘上，支撑杆为一根顶端具有螺纹的金属杆。

7.根据权利要求1所述的一种光照平行反应装置，其特征在于：所述反应器驱动机构包括旋转电机和转速控制器，电机与转速控制器相连，旋转电机的输出轴与反应瓶支架的支撑杆相连，旋转电机和转速控制器均安装在反应器底座内。

Images