CN114955993B - 光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，包括：机壳；进料机构，设于机壳一侧，进料机构底部与溶解机构连通，用于将废旧塑料输送至溶解机构；溶解机构，设于机壳内部，用于通过溶解液将废旧塑料水解成包含小分子单体的溶液，溶解机构通过溶液循环管路将溶液输送至光催化反应器；溶液循环管路，设于机壳的另一侧，溶液循环管路两端分别与溶解机构和光催化反应器连接；光催化反应器，设于溶解机构上部，用于将溶液中的塑料进行降解，收集得到反应液和氢气，设置溶液循环管路，对溶解液进行循环使用以及定期更换，节约资源，避免浪费，并实现连续降解聚酯塑料制备氢气的过程。

Description

光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置
技术领域
本发明涉及聚酯塑料处理及制备氢气领域，具体涉及一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置。
背景技术
当今社会人口众多，塑料作为最常见的产品原料，被广泛运用于各行各业，其中60％的塑料作为废弃物进入环境，造成白色污染。聚酯塑料是目前应用最广泛的塑料之一，主要应用于合成纤维、薄膜、产品包装、各类饮料、矿泉水瓶以及电子电器零部件等多个领域。目前废塑料的处理方式主要是填埋和焚烧，但这两种方式都会对环境造成污染，同时造成大量的资源浪费。
发明内容
基于此，本发明提出了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，节约资源，避免浪费，并实现连续降解聚酯塑料制备氢气的过程。
根据本发明的一个方面，提供了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，包括：
机壳；
进料机构，设于上述机壳一侧，上述进料机构底部与溶解机构连通，用于将废旧塑料输送至上述溶解机构；
上述溶解机构，设于上述机壳内部，用于通过溶解液将废旧塑料水解成包含小分子单体的溶液，上述溶解机构通过溶液循环管路将上述溶液输送至光催化反应器；
上述溶液循环管路，设于上述机壳的另一侧，上述溶液循环管路两端分别与上述溶解机构和上述光催化反应器连接；
上述光催化反应器，设于上述溶解机构上部，用于将上述溶液中的塑料进行降解，收集得到反应液和氢气。
根据本发明的实施例，其中，上述进料机构包括：
进料斗；
第一电机，固定连接于上述机壳侧壁上，第一电机的输出轴与破碎装置的轴固定连接，带动破碎装置旋转，对废旧塑料进行破碎；
破碎装置，设置在上述进料斗下方，包括啮合连接的第一破碎辊和第二破碎辊，上述第一电机能带动上述第一破碎辊与上述第二破碎辊相向转动，上述破碎装置用于将废旧塑料粉碎成塑料碎片；
刮动装置，包括固定于上述第一电机的输出轴上的主动轮，与上述主动轮皮带传动的从动轮，以及与上述从动轮固定连接的刮板，上述刮动装置用于将上述塑料碎片通过刮板从出料斗进入溶解机构；
出料斗。
根据本发明的实施例，其中，上述溶解机构包括溶解池，上述溶解池中盛有用于溶解上述塑料碎片的溶解液，上述溶解池底部设有排水口，上述排水口设有泄水阀和网罩。
根据本发明的实施例，其中，上述溶解池设有液面检测装置，上述液面检测装置包括：
液位计，上述液位计设置于上述机壳外部，通过上述液位计检测提示溶解池内的液面高度；
溢流排水管，设置在上述出料斗下方，与上述排水口相连，用于定期更换溶解液。
根据本发明的实施例，其中，上述溶解机构还包括设置在上述溶解池液面上10-20cm的溶解区检修门。
根据本发明的实施例，其中，上述溶液循环管路包括：
进液管，通过溶液泵将溶解有上述小分子单体的上述溶液从上述溶解池输送向上述光催化反应器；
溢流回流管，实现反应液从光催化反应器回流至上述溶解池的过程。
根据本发明的实施例，其中，上述溶液泵靠近上述溶解池的一侧安装有第一阀组件，上述第一阀组件包括闸阀、过滤器和球阀，上述第一阀组件用于防止废弃塑料碎片进入溶液泵。
根据本发明的实施例，其中，上述溶液泵靠近上述光催化反应器的一侧安装有第二阀组件，上述第二阀组件包括球阀、止回阀和闸阀，上述第二阀组件用于防止溶液倒流。
根据本发明的实施例，其中，上述光催化反应器包括：
光源；
搅拌装置，上述搅拌装置包括第二电机和催化剂格栅，上述第二电机的输出轴与上述催化剂格栅通过转轴传动连接；
惰性气路，连接于上述光催化反应器的进气口，用于为上述光催化反应器提供惰性气氛；
集气气路，连接于上述光催化反应器的出气口，用于收集上述光催化反应器内生成的氢气。
根据本发明的实施例，其中，上述光源包括设置于上述光催化反应器顶部的玻璃窗以及氙气灯。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，通过包括进料机构实现聚酯塑料碎片化以及聚酯塑料碎片连续输送至溶解机构，溶解机构实现聚酯塑料水解成小分子单体，溶液循环管路实现溶解机构中的溶液输送至光催化反应器并回流到溶解机构的溶液循环利用过程，光催化反应器实现聚酯塑料降解，制备氢气并收集氢气的过程。
(2)本发明所述的一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，通过溶解机构和光催化反应器的设置，能够比较环保的分解废旧塑料，并且通过设置溶液循环管路，对溶解液进行循环使用以及定期更换，节约资源，避免浪费。
附图说明
图1为本发明实施例装置的后视图Ⅰ；
图2为本发明实施例装置的主视剖视图；
图3为本发明实施例装置的后视图Ⅱ；
图4为本发明实施例进料机构的结构示意图；
图5为本发明实施例溶解机构溢流排水管放大结构示意图；
图6为本发明实施例溶液循环管路进液管放大结构示意图。
图中：
1-机壳；
2-进料机构；
21-进料斗；22-第一破碎辊；23-第一电机；24-刮板；25-第二破碎辊；26-主动轮；27-从动轮；28-出料斗；
3-溶解机构；
31-溶解池；32-溢流排水管；33-液位计；34-排水口；35-泄水阀；36-溶解区检修门；
4-溶液循环管路；
41-进液管；42-过滤器；43-球阀；44-溶液泵；45-止回阀；46-闸阀；47-溢流回流管；
5-光催化反应器；
51-可拆卸顶板；52-氙气灯；53-第二电机；54-转轴；55-催化剂格栅；56-玻璃窗；57-惰性气路；58-集气气路；59-流量控制计。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例装置的后视图Ⅰ。
根据本发明的一个方面，如图1所示，提供了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，包括：机壳1、进料机构2、溶解机构3、溶液循环管路4和光催化反应器5。
进料机构2，设于机壳1一侧，进料机构2底部与溶解机构3连通，用于将废旧塑料输送至溶解机构3；
溶解机构3，设于机壳1内部，用于通过溶解液将废旧塑料水解成包含小分子单体的溶液，溶解机构3通过溶液循环管路4将溶液输送至光催化反应器5；
溶液循环管路4，设于机壳1的另一侧，溶液循环管路4两端分别与溶解机构3和光催化反应器5连接；
光催化反应器5，设于溶解机构3上部，用于将溶液中的塑料进行降解，收集得到反应液和氢气。
机壳1内部设有溶解机构3、光催化反应器5，进料机构2底部联通至溶解机构3，将塑料输送至溶解机构3，溶解机构3中可注入溶解液，将废旧塑料水解成小分子单体，溶解机构3左侧壁设有溶液循环管路4，可将溶解机构3中的溶液输送至光催化反应器5，以及将光催化反应器5中的溶液回流到溶解机构3进行循环利用，溶液循环管路4上端连接至光催化反应器5，光催化反应器5将溶液中的塑料进行降解,同时制备氢气进行气体收集。
本发明提供了一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，通过包括进料机构2实现聚酯塑料碎片化以及聚酯塑料碎片连续输送至溶解机构3，溶解机构3实现聚酯塑料水解成小分子单体，溶液循环管路4实现溶解机构3中的溶液输送至光催化反应器5并回流到溶解机构3的溶液循环利用过程，光催化反应器5实现聚酯塑料降解，制备氢气并收集氢气的过程。本发明采用催化剂格栅55辅以旋转电机，通过旋转加速反应过程，并便于回收及定时更换催化剂，同时设置循环管路，对溶解液进行循环使用以及定期更换，节约资源，避免浪费，并实现连续降解聚酯塑料制备氢气的过程。
图2为本发明实施例装置的主视剖视图。
图3为本发明实施例装置的后视图Ⅱ。
图4为本发明实施例进料机构的结构示意图。
根据本发明的实施例，如图2-4所示，其中，进料机构2包括：进料斗21、第一破碎辊22、第一电机23、刮板24、第二破碎辊25、主动轮26、从动轮27和出料斗28。
第一电机23，固定连接于机壳1侧壁上，第一电机23的输出轴与破碎装置的轴固定连接，带动破碎装置旋转，对废旧塑料进行破碎；
破碎装置，设置在进料斗21下方，包括啮合连接的第一破碎辊22和第二破碎辊25，第一电机23能带动第一破碎辊22与第二破碎辊25相向转动，破碎装置用于将废旧塑料粉碎成塑料碎片；
刮动装置，包括固定于第一电机23的输出轴上的主动轮26，与主动轮26皮带传动的从动轮27，以及与从动轮27固定连接的刮板24，刮动装置用于将塑料碎片通过刮板24从出料斗进入溶解机构3。
第一电机23固定连接在进料机构2机壳1的侧壁上，第一破碎辊22和第二破碎辊25并排设置在进料斗21下方，且第一破碎辊22和第二破碎辊25的两端分别固定连接有内轴，内轴穿过机壳1的侧壁。第一电机23的输出轴与第一破碎辊22的内轴固定连接，带动第一破碎辊22和第二破碎辊25旋转，对废旧塑料进行破碎。其中第一电机23的输出轴上套设有主动轮26，所述第一电机23通过带动主动轮26旋转，从而带动从动轮27旋转，从动轮27套设于转轴上，转轴与刮板24内轴固定连接，从动轮27带动刮板24组件旋转，破碎后的塑料碎片通过刮板24从出料斗28进入溶解机构3。
根据本发明的实施例，其中，溶解机构3包括溶解池31，溶解池31中盛有用于溶解塑料碎片的溶解液，溶解池31底部设有排水口34，排水口34设有泄水阀35和网罩。
网罩可以防止异物进入管道，泄水阀35能够根据实际情况调整溶解池31的排放状态。
图5为本发明实施例溶解机构溢流排水管放大结构示意图。
根据本发明的实施例，如图5所示，其中，溶解池31设有液面检测装置，液面检测装置包括液位计33和溢流排水管32。
液位计33，液位计33设置于机壳1外部，通过液位计33检测提示溶解池31内的液面高度；
溢流排水管32，设置在出料斗28下方，与排水口34相连，用于定期更换溶解液。
溢流排水管32入口设置在出料斗下方5cm处，通过液位计33对液面进行监测，液面高于设计液面时，对外亮起红色警示按钮，示意停止进料，同时将少量多余溶液排出，防止腐蚀进料机构2。液位计33安装在溶解池31外机壳1上，排水口34设置在溶解池31底部，与溢流排水管32出水口相连，用于定期更换溶解液，泄水阀35安装在排水口34前，溢流排水管32末端安装网罩，防止异物进入管道。溶解池31中盛有溶解液，将废旧塑料碎片进行溶解，其中溶解液为碱性溶液。
根据本发明的实施例，其中，溶解机构3还包括设置在溶解池31液面上10-20cm的溶解区检修门36。
溶解区检修门设置在机壳1背面，位于溶解池31设计液面上10cm处，便于打开机壳1进行检修。
图6为本发明实施例溶液循环管路进液管放大结构示意图。
根据本发明的实施例，其中，如图6所示，溶液循环管路4包括进液管41、过滤器42、球阀43、溶液泵44、止回阀45、闸阀46以及溢流回流管47。
进液管41，通过溶液泵44将溶解有小分子单体的溶液从溶解池31输送向光催化反应器5；
溢流回流管47，实现反应液从光催化反应器5回流至溶解池31的过程。
根据本发明的实施例，其中，溶液泵44靠近溶解池31的一侧安装有第一阀组件，第一阀组件包括闸阀46、过滤器42和球阀43，第一阀组件用于防止废弃塑料碎片进入溶液泵44。
根据本发明的实施例，其中，溶液泵44靠近光催化反应器5的一侧安装有第二阀组件，第二阀组件包括球阀43、止回阀45和闸阀46，第二阀组件用于防止溶液倒流。
溶液泵安装在进液管41上，为溶解池31向光催化反应器5输送溶解液提供动力。在溶液泵44之前依次安装闸阀46、过滤器42和球阀43，防止废弃塑料碎片进入溶液泵，损伤溶液泵，在溶液泵之后依次安装球阀43、止回阀45和闸阀46，防止溶液倒流。其中闸阀46用于溶液泵44检修时关闭管路，便于检修，球阀43用于平衡管路压差，保证溶液泵44平稳运行。其中溢流回流管47进水口安装在光催化反应器5的反应液面处，出水口安装在溶解池31设计液面以下，实现溶解液从光催化反应器5会回流至溶解池31的过程。
图2为本发明实施例装置的主视剖视图。
图3为本发明实施例装置的后视图Ⅱ。
根据本发明的实施例，如图2和图3所示，其中，光催化反应器5包括光源、可拆卸顶板51、第二电机53、转轴54、催化剂格栅55、惰性气57、集气气路58、流量控制计59。
搅拌装置，搅拌装置包括第二电机53和催化剂格栅55，第二电机53的输出轴与催化剂格栅55通过转轴54传动连接；
惰性气路57，连接于光催化反应器5的进气口，用于为光催化反应器5提供惰性气氛；
集气气路58，连接于光催化反应器5的出气口，用于收集光催化反应器5内生成的氢气。
可拆卸顶板51上安装第二电机53，第二电机53的输出轴与转轴54通过齿轮啮合，转轴54另一端套设有催化剂格栅55，第二电机53带动转轴54转动，进而带动催化剂格栅55旋转，对反应溶液进行搅拌。光催化反应器5背面机壳1设置玻璃窗56，在太阳光充足时，利用太阳能进行光催化反应，同时在反应器顶部设置氙气灯52，作为备用光源，在自然光不足的情况下保证设备持续运行。在反应器左侧机壳1上设置进气口，连接惰性气路57，向反应器内持续通入氮气，保证反应在惰性气氛下进行，在惰性气路57上安装流量控制计59，对氮气流量进行控制及检测。在反应器顶部设置出气口，连接集气气路58，进行氢气收集。
本发明所述的一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，采用催化剂格栅55辅以第二电机53，通过旋转加速反应过程，并便于回收及定时更换催化剂。
根据本发明的实施例，其中，光源包括设置于光催化反应器5顶部的玻璃窗56以及氙气灯52。
同时设置采光玻璃窗56和氙气灯52，充分利用太阳光作为反应动力，并保证设备持续运行。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光催化降解聚酯塑料连续制氢的装置，包括：
机壳；
进料机构，设于所述机壳一侧，所述进料机构底部与溶解机构连通，用于将废旧塑料输送至所述溶解机构；
所述溶解机构，设于所述机壳内部，用于通过溶解液将废旧塑料水解成包含小分子单体的溶液，所述溶解机构通过溶液循环管路将所述溶液输送至光催化反应器；
所述溶液循环管路，设于所述机壳的另一侧，所述溶液循环管路两端分别与所述溶解机构和所述光催化反应器连接；
所述光催化反应器，设于所述溶解机构上部，用于将所述溶液中的塑料进行降解，收集得到反应液和氢气；
所述进料机构包括：
进料斗；
第一电机，固定连接于所述机壳侧壁上，第一电机的输出轴与破碎装置的轴固定连接，带动破碎装置旋转，对废旧塑料进行破碎；
破碎装置，设置在所述进料斗下方，包括啮合连接的第一破碎辊和第二破碎辊，所述第一电机能带动所述第一破碎辊与所述第二破碎辊相向转动，所述破碎装置用于将废旧塑料粉碎成塑料碎片；
刮动装置，包括固定于所述第一电机的输出轴上的主动轮，与所述主动轮皮带传动的从动轮，以及与所述从动轮固定连接的刮板，所述刮动装置用于将所述塑料碎片通过刮板从出料斗进入溶解机构；
出料斗；
所述溶解机构还包括溶解池，所述溶解池中盛有用于溶解所述塑料碎片的溶解液，所述溶解池底部设有排水口，所述排水口设有泄水阀和网罩；
所述溶液循环管路包括：
进液管，通过溶液泵将溶解有所述小分子单体的所述溶液从所述溶解池输送向所述光催化反应器；
溢流回流管，实现反应液从光催化反应器回流至所述溶解池的过程。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述溶解池设有液面检测装置，所述液面检测装置包括：
液位计，所述液位计设置于所述机壳外部，通过所述液位计检测提示溶解池内的液面高度；
溢流排水管，设置在所述出料斗下方，与所述排水口相连，用于定期更换溶解液。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述溶解机构还包括设置在所述溶解池液面上10-20cm的溶解区检修门。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述溶液泵靠近所述溶解池的一侧安装有第一阀组件，所述第一阀组件包括闸阀、过滤器和球阀，所述第一阀组件用于防止废弃塑料碎片进入溶液泵。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述溶液泵靠近所述光催化反应器的一侧安装有第二阀组件，所述第二阀组件包括球阀、止回阀和闸阀，所述第二阀组件用于防止溶液倒流。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光催化反应器包括：
光源；
搅拌装置，所述搅拌装置包括第二电机和催化剂格栅，所述第二电机的输出轴与所述催化剂格栅通过转轴传动连接；
惰性气路，连接于所述光催化反应器的进气口，用于为所述光催化反应器提供惰性气氛；
集气气路，连接于所述光催化反应器的出气口，用于收集所述光催化反应器内生成的氢气。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述光源包括设置于所述光催化反应器顶部的玻璃窗以及氙气灯。
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