CN208066339U - 一种高温光热催化反应装置 - Google Patents

Abstract

一种高温光热催化反应装置，其特征在于，包括高温光热反应炉、反应管、光源和导光柱，所述反应管部分置于高温光热反应炉内，所述光源置于导光柱的侧面，所述导光柱置于高温光热反应炉侧壁通孔内。本实用新型提供的高温光热催化反应装置，实现了光热催化的温度可调节，常温～1000℃(连续可调、程序升温)；实现了光热催化的光源光谱可调节，实现了紫外光、可见光、红外光等光源照射到催化剂材料的表面，实现光热协同；实现了气氛保护、气固反应、气固降解等功能，可以再光热协同的作用下，研究材料的合成与表征。

Description

一种高温光热催化反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种高温光热催化反应装置，特别是涉及一种用于光解水制氢、光催化制氢、材料制备、材料合成、材料表征、催化降解有机物、催化降解有害气体(甲醛、乙醛、二氧化碳)、热催化、光化学、光催化、光降解、有机化学等领域的光热协同反应装置。

背景技术

高温光热催化反应设备，主要应用光化学领域、新能源、新材料、信息处理等技术。光化学是研究处于电子激发态的原子、分子的结构及其物理化学性质的科学。现代分子光化学是一门多学科交叉的边缘学科，包括有机光化学、无机光化学、高分子光化学、生物光化学、光电化学和光物理等门类。现代光化学对电子激发态的研究所建立的新概念、新理论和新方法大大开拓了人们对物质认识的深度和广度，对了解自然界的光合作用和生命过程，对太阳能的利用、环境保护、开创新的反应途径、寻求新的材料提供了重要基础，在新能源、新材料和信息处理新技术等高技术领域中发挥着越来越重要的作用。该系统的应用对光化学的发展起到了重要的支撑作用。

微量气体收集及在线测试系统(ZL201020265986.2)，采用的是玻璃系统(如图1)收集微量的气体，并采用手动六通阀、四通阀、三通阀配合使用(如图2)。实用新型，一种全自动光催化活性评价系统(ZL201620142695.1，如图3)，是在微量气体收集及在线测试系统的基础上的升级、扩充，配合玻璃反应瓶或反应釜实用。

这两个专利，采用的都是玻璃反应器，磁力搅拌下的多相反应，一般在常温下反应，最高200℃；常压下或真空状态下使用；不能满足高温光热催化反应(1000℃)，实现材料的合成与光热催化活性表征。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有光催化评价系统，实现在高温下(1000℃)，光热协同的情况下，实现催化新材料的合成与光热催化活性表征。本实用新型主要需要解决的技术问题：

1.高温光热反应炉实现光催化反应体系的温度达到：常温～1000℃(连续可调、程序升温)；

2.高温光热反应炉炉体开孔，可以让紫外光、可见光、红外光等光源照射到催化剂材料的表面，实现光热协同；

3.光热催化反应器采用高透光石英玻璃管；

4.光热催化反应器可以实现气氛保护、气固反应、气固降解等功能。

一种高温光热催化反应装置，适用于光照情况下的材料合成与材料表征。材料合成，加入光源的情况下，提高催化剂材料的产率、改变材料的形貌特征、提高材料的各种性能。材料表征，评价光热协同情况下催化剂材料的活性，主要用于应用于光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛气体的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案:

(1)一种高温光热催化反应装置，包括高温光热反应炉、反应管、光源和导光柱，所述反应管部分置于高温光热反应炉内，所述光源置于导光柱的侧面；所述导光柱置于高温光热反应炉侧壁通孔内，用于将位于侧方光源产生的光，通过导光柱由外向内导入反应管并照射到反应样品上。

(2)根据(1)所述的高温光热催化反应装置，在所述高温光热反应炉的前方、后方或侧向设有通孔，通孔可以是一个或多个。

(3)根据(1)或(2)所述的高温光热催化反应装置，所述反应管中部侧壁设有向内凹陷的平面，在所述反应管的两端分别设有法兰接头，用于反应气体流量导入、气氛保护。

(4)根据(1)-(3)任一项所述的高温光热催化反应设备，在所述反应管中部的前方、后方或/和侧方均设有向内凹陷的平面，与所述导光柱相对应。

(5)根据(1)-(4)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述高温光热反应炉从中间分开分为两半，实验开始或结束时，打开两个半炉体放入或取出反应管，两个导光石英柱分别固定于两半炉体上。

(6)根据(1)-(5)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述高温光热反应炉包括加热区和纳米保温材料，在加热区外设有纳米保温材料。

(7)根据(1)-(6)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述高温光热反应炉设有炉门，炉门打开后不影响光源照射到反映样品上，炉门打开后可从中取出石英管。

(8)根据(1)-(7)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述光源为氙灯光源、汞灯光源、LED光源、微波无极灯、激光或卤素灯；所述光源为平行光或汇聚光；所述光源为紫外光、可见光或红外光。

(9)根据(1)-(8)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述光源设有滤光片。

(10)根据(1)-(9)任一项所述的高温光热催化反应设备，所述导光柱为高透光石英棒或玻璃棒；所述反应管为石英反应管。

与现有技术相比，本实用新型提供的高温光热催化反应装置的有益效果在于：

(1)实现了光热催化的温度可调节，常温～1000℃(连续可调、程序升温)；

(2)实现了光热催化的光源光谱可调节，实现了紫外光、可见光、红外光等光源照射到催化剂材料的表面，实现光热协同

(3)实现了气氛保护等功能，可以在光热协同的作用下，研究材料的合成与表征。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为现有技术微量气体收集及在线检测系统的结构示意图；

图2为现有技术微量气体收集及在线检测系统的在线取样部分的构成示意图；

图3为现有技术全自动超微量光催化活性评价系统的结构示意图；

图4为本实用新型高温光热催化反应装置的剖视示意图；

图5为本实用新型高温光热催化反应装置一种实施例的结构示意图；

图6为本实用新型高温光热催化反应装置另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种高温光热催化反应装置，包括高温光热反应炉，其反应管的两端分别安装有一个法兰，每个法兰可以安装气路组件；炉体内部使用纳米材料隔热，确保各部件在适宜的温度下工作的同时，尽可能缩小体积，装置侧方固定放置光源发射装置，光源处可放置多种滤光片，以满足各种实验需求；石英导光柱于炉体固定，一端位于光源照射处，另一端位于反应管平面侧，光线通过石英导光柱直接导入反应管，实现光热系统实验；实验后，可打开炉门使样件快速冷却。

一种高温光热催化反应装置，采用氙气光源，使用了先进的散热模式，延长灯泡的使用寿命，最高可达3000h；高效的电光转换效率，可以输出高能量平行光，功率可达到50W；简易的光学结构，可以选择不同的波长、波段，满足多样化使用需求；模块化的设计极大提高了产品的安全性和稳定性，可实现高能量密度、长时间连续照射；光源直接照射在处于高温状态下的样品表面，可以达到与以往传统实验完全不同的实验效果；气路连接方式采用快速连接法兰结构，方便快捷；通过打开反应炉可以取出石英反应器。

实施例1：

如图4，一种高温光热催化反应装置，包括高温光热反应炉2-1、反应管3-1、光源1-1和导光柱1-2，反应管3-1部分置于高温光热反应炉2-1内，所述光源1-1置于导光柱1-2的侧面，所述导光柱1-2置于高温光热反应炉2-1侧壁通孔内。反应管3-1的两端分别安装有一个密封法兰3-3，可以进行气体流量导入，在所述反应管3-1中部的前方、后方或/和侧方均设有向内凹陷的平面3-2，与所述导光柱1-2相对应。高温光热反应炉2-1，通过加热区2-3进行均匀的加热，高温光热反应炉2-1的侧方设有水平光照射装置氙灯光源1-1，不同谱线的光通过石英导光柱1-2导入到反应管3-1的向内凹陷的平面3-2上方，进而照射在实验样件上，石英导光柱1-2固定于高温光热反应炉2-1上；由纳米保温材料2-2及石英导光柱1-2确保水平光照射装置氙灯光源1-1箱不会受到高温影响；氙灯光源1-1位于高温光热反应炉2-1侧方固定，使得实验过程中光照保持稳定。

实施例2：

如图5，一种高温光热催化反应装置，其高温光热反应炉2-1炉体的左右两侧具有固定的石英导光柱1-2，炉门2-4打开前不需要移动高温光热反应炉2-1两侧的氙灯光源1-1，炉门2-4打开时不会移动石英导光柱1-2的位置，炉门2-4打开后可以直接取出反应管3-1。

实施例3：

如图6，一种高温光热催化反应装置，其高温光热反应炉2-1炉体可以从中间分开，两个导光柱1-2分别固定于两半炉体上。高温光热反应炉2-1打开后可使反应管3-1快速冷却，并且可以将反应管3-1取出更换样品。

以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温光热催化反应装置，其特征在于，包括高温光热反应炉、反应管、光源和导光柱，所述反应管部分置于高温光热反应炉内，所述光源置于导光柱的侧面，所述导光柱置于高温光热反应炉侧壁通孔内。

2.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，在所述高温光热反应炉的前方、后方或侧向设有通孔，通孔为一个或多个。

3.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述反应管中部侧壁设有向内凹陷的平面，在所述反应管的两端分别设有法兰接头。

4.根据权利要求3所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，在所述反应管中部的前方、后方或/和侧方均设有向内凹陷的平面，与所述导光柱相对应。

5.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述高温光热反应炉从中间分开分为两半，实验开始或结束时，打开两个半炉体放入或取出反应管，两个导光石英柱分别固定于两半炉体上。

6.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述高温光热反应炉包括加热区和纳米保温材料，在加热区外设有纳米保温材料。

7.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述高温光热反应炉设有炉门。

8.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源为氙灯光源、汞灯光源、LED光源、微波无极灯、激光或卤素灯；所述光源为平行光或汇聚光；所述光源为紫外光、可见光或红外光。

9.根据权利要求8所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述光源设有滤光片。

10.根据权利要求1所述的高温光热催化反应装置，其特征在于，所述导光柱为高透光石英棒或玻璃棒；所述反应管为石英反应管。