CN206696227U - 一种多用途气固相催化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型国内公开了一种多用途气固相催化反应装置，包括进气腔，进气腔左侧通过第三泄气阀与四级质谱仪连接，进气腔上方通过第二闸式阀与分子泵连接，进气腔右侧通过第一闸式阀与反应腔连接，进气腔下方依次通过第一泄气阀、第二泄气阀与气瓶连接；所述分子泵上方连接有旋转泵；所述反应腔上壁设有观察窗，观察窗上端设有暗箱，暗箱顶部设有光源设备；所述反应腔右侧设有真空穿通密封件，真空穿通密封件左端连接有样品架，样品架设有加热装置。它可在光催化反应测试、需加热的气固催化反应测试、不需加热的气固催化反应测试之间进行自由转换，快速简便地测试同一种催化剂对不同催化反应类型的催化活性，丰富测试类型，提高测试速度。

Description

一种多用途气固相催化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种催化反应装置，特别是一种多用途气固相催化反应装置。

背景技术

解决大气污染以及去除室内有害气体是近年来国内外环保界非常重要的议题之一。众所周知，大气污染最主要来源是汽车尾气，其主要成分是一氧化碳（CO）。在汽车排气管中利用贵金属作为催化材料对汽车尾气中的CO进行催化，使其转换成无毒的二氧化碳（CO₂），是解决汽车尾气排放的主要手段。然而，目前所采用的钯（Pd）、铂（Pt）等贵金属作为催化剂所需要的起始反应温度较高，在汽车起动初期，不能将排放尾气中的有害气体CO进行转化，从而导致其催化效率低下的现象，且其材料造价昂贵。利用镍（Ni）、氧化铝（Al₂O₃）等相对便宜的金属或金属氧化物来取代贵金属作为汽车排气管中的催化剂，是目前研发新型催化剂的主要方向。

利用光催化材料来治理大气污染以及室内有害气体污染，则是环保界另一个重要的议题。光催化技术作为一种高效、安全的环境净化技术，已经得到国际学术界的认可。特别是半导体光催化材料，如二氧化钛（TiO₂），可吸收光能将其转化为化学能，在空气净化、污水处理、抗菌除臭、防雾以及自清洁等领域有着巨大的应用前景。然而由于TiO₂光转化效率比较低（约5%），只能有限的去除有害气体，所以研发新型、高效的光催化剂也是当今催化界的当务之急。

然而，在研发上述两类催化剂时，其所需的反应装置要求又不同。

目前国内外使用的催化反应装置都是针对其中某一类催化剂而设计的，缺少能够同时对上述两类催化剂进行测试的装置，因而需要重复购买某些具有共性的设备，造成资源浪费。科学家们还发现TiO₂基等复合材料能够同时满足上述两类催化剂的诉求，可以运用在汽车尾气治理以及光催化治理空气中。如果使用现有的催化反应设备，测试需要分开进行，造成测试周期长等问题，且温度、湿度、气压、氧含量、气流等环境因素也会影响催化剂性能的测试结果，难以快速并准确地评价光催化材料的性能。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种多用途气固相催化反应装置。它可以自由以及快速地在光催化反应测试、需加热的气固相催化反应测试、不需加热的气固相催化反应测试之间进行转换，快速简便地测试同一种催化剂对不同催化反应类型的催化活性，丰富催化反应测试类型，提高测试速度。

本实用新型的技术方案：一种多用途气固相催化反应装置，包括进气腔，进气腔左侧通过第三泄气阀与四级质谱仪连接，进气腔上方通过第二闸式阀与分子泵连接，进气腔右侧通过第一闸式阀与反应腔连接，进气腔下方依次通过第一泄气阀、第二泄气阀与气瓶连接；所述分子泵上方连接有旋转泵；所述反应腔上壁设有观察窗，观察窗上端设有暗箱，暗箱顶部设有光源设备；所述反应腔右侧设有真空穿通密封件，真空穿通密封件左端连接有样品架，样品架设有加热装置。

前述的多用途气固相催化反应装置，所述第一泄气阀分别连接两个以上的第二泄气阀，第二泄气阀另一端连接有气瓶。

前述的多用途气固相催化反应装置，所述观察窗由石英玻璃制成。

前述的多用途气固相催化反应装置，所述加热装置包括热电偶和加热丝。

与现有技术相比，本实用新型利用进气腔、反应腔、分子泵、旋转泵、真空穿通密封件、泄气阀、闸式阀等设计出密闭的测试所需环境，通过光源设备为光催化反应测试提供光源，气瓶为催化反应提供反应气体，同时可根据测试催化反应的需要更换气体，通过泄气阀准确地调节不同气体之间的比例，模拟反应环境，提高实验的准确性，加热装置为需要加热的气固催化反应测试提供热源，使得装置可以自由、快速地在光催化反应测试、需加热的气固相催化反应测试、不需加热的气固相催化反应测试之间进行转换，快速简便地测试同一种催化剂对不同催化反应类型的催化活性，丰富催化反应测试类型，提高测试速度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

附图中的标记为：1-分子泵，2-第二闸式阀，3-光源设备，4-暗箱，5-观察窗，6-真空穿通密封件，7-样品架，8-反应腔，9-第一闸式阀，10-气瓶，11-第二泄气阀，12-第一泄气阀，13-进气腔，14-四级质谱仪，15-第三泄气阀，16-旋转泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例。一种多用途气固相催化反应装置，构成如图1所示，包括进气腔13，进气腔13左侧通过第三泄气阀15与四级质谱仪14连接，四级质谱仪14连接电脑分析气体成分以及含量，并记录数据；进气腔13上方通过第二闸式阀2与分子泵1连接，进气腔13右侧通过第一闸式阀9与反应腔8连接，进气腔13下方依次通过第一泄气阀12、第二泄气阀11与气瓶10连接，可以根据实验需求对进入进气腔13内气体的成分进行控制；所述分子泵1上方连接有旋转泵16，分子泵1与旋转泵16可以快速排放多余气体；所述反应腔8上壁设有观察窗5，观察窗5上端设有暗箱4，暗箱4顶部设有光源设备3，光源设备3可以产生实验所需的紫外、可见光、红外等光源，光源通过观察窗5照射到样品上；所述反应腔8右侧设有真空穿通密封件6，真空穿通密封件6左端连接有样品架7，方便更换测试样品；样品架7设有加热装置，为样品提供加热处理；上述部件连接，除了暗箱4与光源设备3之间的连接外，其他部件可以通过螺丝进行连接，可以简单的进行组装以及拆卸并进行维修，同时可保证整套装置的真空气密性，使得装置中的真空度可以保持在1×10^-4 ~ 1×10^-6 torr的范围内。

所述第一泄气阀12分别连接两个以上的第二泄气阀11，第二泄气阀11另一端连接有气瓶10，方便根据实验需求微调气体成分以及其成分比例，模拟反应环境，提高实验的准确性。

所述观察窗5由石英玻璃制成，方便光源清楚、集中地照射到样品上。

所述加热装置包括热电偶和加热丝，方便对样品进行加热以及温度监测。

工作原理：气固相催化反应，是将固体的催化剂和反应气体放在同一个空间，在一定的温度、压力下进行反应。根据催化剂的种类、尺寸以及形貌等不同，所能催化的反应有所不用。将已经制备并需要进行催化实验测试的样品放置在样品架上，然后通过真空穿通密封件移动到反应腔内，将连接反应腔与进气腔的第一闸式阀打开，并通过分子泵、旋转泵进行抽真空，待达到反应所需真空度后，根据催化反应的类型进行以下几种操作：

（1）光催化

通过第一泄气阀、第二泄气阀控制气瓶内需要进行测试的气体进入反应腔、进气腔，通过电脑操控运行四级质谱仪，随后缓慢打开第三泄气阀，并通过电脑对进气量进行实时观测，然后打开光源，通过四级质谱仪进行光催化反应的测量分析以及记录。测试结束后，关闭四级质谱仪、光源、第一泄气阀、第二泄气阀，然后打开第二闸式阀，并通过分子泵、旋转泵抽出剩余气体。

（2）普通气固相催化

通过第一泄气阀、第二泄气阀控制气瓶内需要进行测试的气体进入反应腔、进气腔，通过电脑操控运行四级质谱仪，随后缓慢打开第三泄气阀，通过电脑对进气量进行实时观测，如果需要对样品进行加热处理，则通过设置在样品架上的加热装置对样品进行加热处理，并可利用加热装置中的热电偶对样品温度进行观测，四级质谱仪进行光催化反应的测量分析以及记录。测试结束后，关闭四级质谱仪、光源、第一泄气阀、第二泄气阀，然后打开第二闸式阀，并通过分子泵、旋转泵抽出剩余气体。

Claims (4)

1.一种多用途气固相催化反应装置，其特征在于：包括进气腔（13），进气腔（13）左侧通过第三泄气阀（15）与四级质谱仪（14）连接，进气腔（13）上方通过第二闸式阀（2）与分子泵（1）连接，进气腔（13）右侧通过第一闸式阀（9）与反应腔（8）连接，进气腔（13）下方依次通过第一泄气阀（12）、第二泄气阀（11）与气瓶（10）连接；所述分子泵（1）上方连接有旋转泵（16）；所述反应腔（8）上壁设有观察窗（5），观察窗（5）上端设有暗箱（4），暗箱（4）顶部设有光源设备（3）；所述反应腔（8）右侧设有真空穿通密封件（6），真空穿通密封件（6）左端连接有样品架（7），样品架（7）设有加热装置。

2.根据权利要求1所述的多用途气固相催化反应装置，其特征在于：所述第一泄气阀（12）分别连接两个以上的第二泄气阀（11），第二泄气阀（11）另一端连接有气瓶（10）。

3.根据权利要求1所述的多用途气固相催化反应装置，其特征在于：所述观察窗（5）由石英玻璃制成。

4.根据权利要求1所述的多用途气固相催化反应装置，其特征在于：所述加热装置包括热电偶和加热丝。