CN206901816U - 一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器；属于污染物处理技术领域；其技术要点包括壳体，所述壳体内中部设有光催化薄膜，光催化薄膜与壳体配合形成各自独立的阳极室和阴极室；在壳体上设有相互配合且分别与阳极室导通连接的反应液进液口和反应液出液口；在壳体上端设有与阳极室导通连接的二氧化碳出气口；在壳体上设有与阴极室导通连接的电解液进出口；在壳体上端设有与阴极室导通连接的氢气出气口；本实用新型旨在提供一种使用方便、效果良好的双室光催化同步降解有机物及产氢反应器；用于处理污染物。

Description

一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器

技术领域

本实用新型涉及一种降解有机物及产氢反应器，更具体地说，尤其涉及一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器。

背景技术

目前，利用太阳能光催化降解污染物同步制氢是研究较为广泛的一项技术。将颗粒状的光催化剂置于反应器中进行污染物降解同步产氢，在污染物降解及制氢方面也取得一定的效果，但是颗粒状的光催化剂易流失，并且在反应器中氧化还原产生的H2和二氧化碳混合气体需要进一步分离纯化才能使用，使其在实际应用中受到限制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种使用方便、效果良好的双室光催化同步降解有机物及产氢反应器。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，包括壳体，所述壳体内中部设有光催化薄膜，光催化薄膜与壳体配合形成各自独立的阳极室和阴极室；在壳体上设有相互配合且分别与阳极室导通连接的反应液进液口和反应液出液口；在壳体上端设有与阳极室导通连接的二氧化碳出气口；在壳体上设有与阴极室导通连接的电解液进出口；在壳体上端设有与阴极室导通连接的氢气出气口。

上述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器中，所述光催化薄膜由含nafion溶液的玻璃纤维膜、涂覆于玻璃纤维膜上的硫化镉硫化锌层、还原附着在硫化镉硫化锌层表面的银离子层及涂覆于银离子层外表面的二氧化钛层组成；硫化镉硫化锌层与阳极室相对，二氧化钛层与阴极室相对。

上述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器中，反应液进液口位于靠近光催化薄膜的壳体上，在反应液进液口和反应液出液口之间的壳体上设有第一导流板。

上述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器中，所述二氧化碳出气口与反应液进液口位于第一导流板的同一侧。

上述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器中，所述氢气出气口位于靠近光催化薄膜的壳体上，在电解液进出口和氢气出气口之间的壳体设有第二导流板。

本实用新型采用上述结构后，通过光催化薄膜将壳体分隔成密封的阳极室和阴极室，使两个的反应室分别产生二氧化碳和氢气，方便氢气、二氧化碳的分离纯化，降低混合气体的分离纯化费用；同时光催化薄膜固定在反应器内，使光催化剂不容易随废水的流动而流失；设置第一、第二导流板能够对加入的液体进行导流。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不构成对本实用新型的任何限制。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是光催化薄膜的结构示意图。

图中：壳体1、光催化薄膜2、硫化镉硫化锌层2a、银离子层2b、二氧化钛层2c、阳极室3、阴极室4、反应液进液口5、反应液出液口6、二氧化碳出气口7、电解液进出口8、氢气出气口9、第一导流板10、第二导流板11。

具体实施方式

参阅图1和图2所示，本实用新型的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，包括壳体1，所述壳体1内中部设有光催化薄膜2，光催化薄膜2固定在壳体内，易于与处理后污水的分离且不易随废水的流动而流失。光催化薄膜2与壳体1配合形成各自独立的阳极室3和阴极室4。壳体1为玻璃材质或其它透明材质，因为只需要对阳极室进行光照，可以只将阳极室3外围的壳体设置为玻璃材质。所述光催化薄膜2由含nafion溶液的玻璃纤维膜、涂覆于玻璃纤维膜上的硫化镉硫化锌层2a、还原附着在硫化镉硫化锌层2a表面的银离子层2b及涂覆于银离子层2b外表面的二氧化钛层2c组成；硫化镉硫化锌层2a与阳极室3相对，二氧化钛层2c与阴极室相对。

光催化薄膜(CdS/ZnS)-Ag-TiO2薄膜的制备：

(1)(CdS/ZnS)的制备：将一定量的硫化镉和硫化锌均匀涂覆于含有5％的nafion溶液的玻璃纤维膜，烘干之后置于氮气气氛管式炉内退火1小时，制得硫化镉硫化锌薄膜；

(2)(CdS/ZnS)-Ag的制备：采用原位光还原法将Ag还原于硫化镉硫化锌薄膜上，具体操作如下：量取一定量的氯酸铂溶液于100mL无水乙醇水溶液中，将硫化镉硫化锌薄膜正确安装于光催化电解池中；在光还原实验前，将反应器密封好，体系通过氮气吹扫30分钟，用300W的氙灯光照反应2小时，使得Ag+还原于硫化镉硫化锌薄膜表面，制得(CdS/ZnS)-Ag薄膜；

(3)(CdS/ZnS)-Ag-TiO2的制备:将一定量的TiO2(P25)乙醇溶液在超声分散均匀后，取一定量TiO2溶液涂覆于(CdS/ZnS)-Ag薄膜表面，烘干之后置于氮气气氛管式炉内退火1小时，制得(CdS/ZnS)-Ag-TiO2薄膜。

对于光催化薄膜(CdS/ZnS)-Ag-TiO2而言，硫化镉硫化锌层2a和二氧化钛层2c之间构成了异质结，在紫外-可见光(UV-vis)的照射下，硫化镉硫化锌层2a和二氧化钛层2c均吸收光子而被激发产生光生电子(e-)与光生空穴(h+)。光生电子(e-)从硫化镉硫化锌层2a的价带跃迁到导带上，由于硫化镉硫化锌层2a的导带电位要比二氧化钛层2c导带电位更负，因此受光激发后在硫化镉硫化锌层2a导带处的光电子可以很容易转移到二氧化钛层2c的导带上，表面二氧化钛层2c接收电子(e-)充当氢气反应的活性部位，最后，光生电子(e-)在二氧化钛层2c表面将电解液中的水或氢离子(H+)还原为氢气。

同时，由于二氧化钛层2c价带电位比硫化镉硫化锌层2a的价带电位更正，因此受激发后在二氧化钛层2c价带处的光生空穴(h+)更容易迁移到硫化镉硫化锌层2a价带上，光生空穴(h+)具有强的氧化性，能氧化阳极室里的环境污染物反应液。由于银离子层2b表面等离子共振效应使得催化剂内部的光生电子(e-)和光生空穴(h+)得以有效分离，因此光生电子(e-)和光生空穴(h+)均具有较高的能量，较强的氧化还原能力，提高光催化剂的光催化活性，能将阳极室中的污染物反应液氧化成二氧化碳和水。由于光催化薄膜2将壳体1分隔形成各自独立的阳极室3和阴极室4，因此，氢气和二氧化碳分别在阴极室4与阳极室3生成，显著降低混合气体的分离纯化费用。

在壳体1上设有相互配合且分别与阳极室3导通连接的反应液进液口5和反应液出液口6；反应液进液口5位于靠近光催化薄膜2的壳体1上，在反应液进液口5和反应液出液口6之间的壳体1上设有第一导流板10。在壳体1上端设有与阳极室3导通连接的二氧化碳出气口7；所述二氧化碳出气口7与反应液进液口5位于第一导流板10的同一侧。二氧化碳出气口7与外部二氧化碳收集装置连接。

在壳体1上设有与阴极室4导通连接的电解液进出口8；在壳体1上端设有与阴极室4导通连接的氢气出气口9。所述氢气出气口9位于靠近光催化薄膜2的壳体1上，在电解液进出口8和氢气出气口9之间的壳体设有第二导流板11。氢气出气口9与外部氢气收集装置连接。

使用时，在阳极室3内加入反应液直至反应液填满阳极室3，加入反应液时，反应液进液口5和反应液出液口6配合将阳极室3内的空气排出，使反应得到的二氧化碳纯度较高；同理，在阴极室4内加入电解液直至电解液填满阳极室3，电解液进出口与氢气出气口9配合将阴极室内的空气排出，使反应得到的氢气纯度较高。

以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，包括壳体(1)，其特征在于，所述壳体(1)内中部设有光催化薄膜(2)，光催化薄膜(2)与壳体(1)配合形成各自独立的阳极室(3)和阴极室(4)；在壳体(1)上设有相互配合且分别与阳极室(3)导通连接的反应液进液口(5)和反应液出液口(6)；在壳体(1)上端设有与阳极室(3)导通连接的二氧化碳出气口(7)；在壳体(1)上设有与阴极室(4)导通连接的电解液进出口(8)；在壳体(1)上端设有与阴极室(4)导通连接的氢气出气口(9)。

2.根据权利要求1所述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，其特征在于，反应液进液口(5)位于靠近光催化薄膜(2)的壳体(1)上，在反应液进液口(5)和反应液出液口(6)之间的壳体(1)上设有第一导流板(10)。

3.根据权利要求2所述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，其特征在于，所述二氧化碳出气口(7)与反应液进液口(5)位于第一导流板(10)的同一侧。

4.根据权利要求1所述的一种双室光催化同步降解有机物及产氢反应器，其特征在于，所述氢气出气口(9)位于靠近光催化薄膜(2)的壳体(1)上，在电解液进出口(8)和氢气出气口(9)之间的壳体设有第二导流板(11)。