CN114367255B - 光催化co2还原反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光催化CO2还原反应器，包括光反应器主体，光反应器主体两侧分别设置有二氧化碳气源进口、还原产物出口，光反应器主体外侧套接有冷却水循环机构，光反应器主体顶部盖设有密封盖，光反应器主体内设置有催化机构。能抑制在纯水中还原二氧化碳时的竞争反应(析氢反应)，大幅度提高了光催化二氧化碳还原的选择性。
Description
技术领域
本发明属于反应器技术领域，涉及一种光催化CO2还原反应器。
背景技术
由于化石燃料的大规模燃烧，二氧化碳这种温室气体的浓度，在大气中超过400ppm，对生命系统造成越来越大的威胁在此背景下，世界各国承诺减少二氧化碳排放以全球协议的形式排放。为了实现碳中和的目标，光催化还原二氧化碳被认为是一个潜在的温和的解决方案[4-7]，通过将二氧化碳转化为增值的原料和化学品，特别是如果理想的由可再生太阳能提供动力[8-9]。到目前为止，大量的工作已经投入到复杂的反应器结构设计，以获得含氧化合物和高能量密度的碳氢化合物，如一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙醇(C2H5OH)等。
到目前为止，光催化二氧化碳反应装置存在大量的缺陷：1.在纯水中还原二氧化碳存在很大的析氢竞争反应；2.反应装置气密性差；3.由于光催化反应器设计原因，导致取样口取样不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种光催化CO2还原反应器，解决了现有技术中存在的纯水中还原二氧化碳存在很大的析氢竞争反应的问题。
本发明所采用的技术方案是，光催化CO2还原反应器，包括光反应器主体，光反应器主体两侧分别设置有二氧化碳气源进口、还原产物出口，光反应器主体外侧套接有冷却水循环机构，光反应器主体顶部盖设有密封盖，光反应器主体内设置有催化机构。
本发明的特点还在于：
催化机构包括石英盘，石英盘上开设有二氧化碳进气孔、若干个气孔，石英盘表面均匀开设多个卡槽，卡槽内放置有石英玻璃片，石英玻璃片表面负载有光催化剂乙醇溶液涂层。
石英玻璃片与石英盘形成55-65°夹角。
石英盘底部通过支架支撑在光反应器主体内。
冷却水循环机构包括套接在光反应器主体外侧的保温套，保温套两侧分别设置有冷却水进口、冷却水出口。
密封盖包括密封石英片，光反应器主体顶部形成凸台，密封石英片位于凸台上方，且密封石英片与凸台通过老虎夹固定。
本发明的有益效果是：
本发明光催化CO2还原反应器，通过密封石英片、凸台、老虎夹的配合，保证光反应器主体内气密性，可以实现负压、常压、低压操作；能抑制在纯水中还原二氧化碳时的竞争反应(析氢反应)，大幅度提高了光催化二氧化碳还原的选择性；石英玻璃片与石英盘形成55-65°夹角，极大的吸收了可见光，提高了光催化活性。
附图说明
图1是本发明光催化CO2还原反应器的结构示意图；
图2是本发明光催化CO2还原反应器的俯视图。
图中：1.光反应器主体，2.二氧化碳气源进口，3.还原产物出口，4.保温套，5.石英盘，6.卡槽，7.石英玻璃片，8.支架，9.螺纹孔，10.冷却水进口，11.冷却水出口，12.密封石英片，13.老虎夹，14.取样口，15.气孔，16.二氧化碳进气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
光催化CO2还原反应器，如图1所示，包括光反应器主体1，光反应器主体1两侧分别设置有二氧化碳气源进口2、还原产物出口3，光反应器主体1外侧套接有冷却水循环机构，冷却水循环机构位于二氧化碳气源进口2、还原产物出口3下方，冷却水循环机构包括套接在光反应器主体1外侧的保温套4，保温套4两侧分别设置有冷却水进口10、冷却水出口11；光反应器主体1顶部盖设有密封盖，光反应器主体1内设置有催化机构。光反应器主体1上还设置有取样口14。
催化机构包括石英盘5，石英盘5表面均匀开设多个卡槽6，卡槽6内放置有方形石英玻璃片7，石英玻璃片7表面负载有光催化剂乙醇溶液涂层。如图2所示，石英盘5(包括卡槽6)上均匀开设有若干个气孔15，石英盘5上还开设有二氧化碳进气孔16，引导二氧化碳进入去离子水中。光催化剂乙醇溶液涂层的制备过程为：将光催化剂超声溶解在乙醇溶液中，本实施例中将100mg光催化剂超声溶解在5ml乙醇溶液中，将催化剂乙醇溶液均匀的喷涂在石英玻璃片7上面，然后用烤灯烘干样品。石英玻璃片7与石英盘5形成55-65°夹角，极大的吸收了可见光，提高了光催化活性。石英盘5底部通过支架8支撑在光反应器主体1内，石英盘5开设有螺纹孔9，支架8通过螺纹孔9与石英盘5连接。
密封盖包括密封石英片12，光反应器主体1顶部形成凸台，密封石英片12位于凸台上方，且密封石英片12与凸台通过老虎夹13固定。使光反应器主体1气密性好，可以实现负压、常压、低压操作。
本发明光催化CO2还原反应器的使用方法如下：
使用时，以二氧化碳还原为例，向光反应器主体1内充入100ml去离子水，将负载有光催化剂乙醇溶液涂层的石英片装载在石英盘5上，再将石英盘5与支架8连接后装载在光反应器主体1内，并用密封石英片12、老虎夹13对光反应器主体1进行密封处理。将冷却循环水接入冷却水进口10，冷却水出口11接出水橡胶管排水。先对光反应器主体1抽真空，再充入高纯二氧化碳，反复操作三次，进行光照，完成还原反应。通过气相色谱仪每间隔1h进行一次测样，累计测样三次，得到H2产率为0μmol·g-1·h-1，CO产率为30μmol·g-1·h-1。
本发明还进行了以下对照试验：
向光反应器主体1内充入100ml去离子水，将100mg光催化剂超声溶解在光反应器主体1内，并用密封石英片12、老虎夹13对光反应器主体1进行密封处理。将冷却循环水接入冷却水进口10，冷却水出口11接出水橡胶管排水。先对光反应器主体1抽真空，再充入高纯二氧化碳，反复操作三次，进行光照，完成还原反应。通过气相色谱仪每间隔1h进行一次测样，累计测样三次，得到H2产率为200μmol·g-1·h-1，CO产率为10μmol·g-1·h-1。
通过以上方式，本发明光催化CO2还原反应器，通过密封石英片、凸台、老虎夹的配合，保证光反应器主体内气密性，可以实现负压、常压、低压操作；能抑制在纯水中还原二氧化碳时的竞争反应(析氢反应)，大幅度提高了光催化二氧化碳还原的选择性；石英玻璃片与石英盘形成55-65°夹角，极大的吸收了可见光，提高了光催化活性；光反应器主体设置取样口，便于进行取样、对照试验。
Claims (1)
1.光催化CO2还原反应器，其特征在于，包括光反应器主体（1），所述光反应器主体（1）两侧分别设置有二氧化碳气源进口（2）、还原产物出口（3），所述光反应器主体（1）外侧套接有冷却水循环机构，所述光反应器主体（1）顶部盖设有密封盖，所述光反应器主体（1）内设置有催化机构；所述催化机构包括石英盘（5），所述石英盘（5）上开设有二氧化碳进气孔（16）、若干个气孔（15），所述石英盘（5）表面均匀开设多个卡槽（6），所述卡槽（6）内放置有石英玻璃片（7），所述石英玻璃片（7）表面负载有光催化剂乙醇溶液涂层；所述石英玻璃片（7）与石英盘（5）形成55-65o夹角；所述石英盘（5）底部通过支架（8）支撑在光反应器主体（1）内；所述冷却水循环机构包括套接在光反应器主体（1）外侧的保温套（4），所述保温套（4）两侧分别设置有冷却水进口（10）、冷却水出口（11）；所述密封盖包括密封石英片（12），所述光反应器主体（1）顶部形成凸台，所述密封石英片（12）位于凸台上方，且所述密封石英片（12）与凸台通过老虎夹（13）固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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