CN211190137U - 一种旋转型光催化反应仪 - Google Patents

Abstract

旋转型光催化反应仪由发光装置、反应管和旋转装置组成，用于研究液态体系中污染物的光催化降解。仪器运行时，发光装置产生特定波长的光照射到位于旋转装置、并负载了光催化剂膜的反应管上，该装置因围绕光源作匀速旋转便使反应管内溶液均匀接受光照，通过对反应液的分析便可得到有关污染物光催化降解的多种信息。该仪器具有结构合理、操作简便、能快速完成各种条件下批量试验、减少试验操作误差等优点。

Description

一种旋转型光催化反应仪

技术领域：本发明涉及一种旋转型光催化反应仪，属于环境保护和先进制造技术设备领域。

背景技术：以半导体材料为核心的光催化治理污染技术是一种新型的绿色环保技术，具有处理效率高、无二次污染、无毒等优点，已受到人们越来越多关注，但目前尚处于理论及试验研究阶段，还存在一些困扰该技术实际应用的难题。这些问题包括：光催化治理的效率低，光催化剂利用太阳光作为光源的效果差，光催化剂在实际使用中的形态和方式等。要解决这些理论和实际应用中的挑战，必须要通过大量的小型试验才能逐步解决。

近年来国内外关于光催化处理废水、废气的小型设备已有不少报道，但大都出现在文献中，其中大多数设备为各自设计制作，比较简陋。由于试验设备不同，因此得到的结果难以相互比较。因此，开发一些技术先进、小型、快速、易操作、价廉的小型光催化反应仪已势在必行。

发明内容：

本实用新型的目的：开发一种将先进光催化技术和机械传动技术结合的小型光催化反应仪，用于研究液态体系中污染物的光催化降解。该仪器具有结构合理、操作简便、能快速完成各种条件下批量试验等优点，从而能大大提高研发效率、提供可靠的试验结果。

本实用新型的目的是这样实现的：该仪器由发光装置、反应管和旋转装置组成。仪器运行时，发光装置产生特定波长的光照射到位于旋转装置、内壁负载了光催化剂的反应管上，该装置因围绕光源作匀速旋转，反应管内溶液便均匀接受光照而使污染物催化分解，可以得到有关污染物降解的多种信息。

发光装置分包括灯光源、石英冷肼和滤光设备。灯光源主要为汞灯类和氙灯类，汞灯能提供能量较大的紫外光，常用于难降解的化合物；氙灯光谱接近目光，可做模拟日光下污染物的光催化试验；灯光源置于具有双层结构的石英冷肼内，通过向其夹层通入冷却水可以带走灯产生的热量；另外石英材料能透过紫外光，能使灯光源的发光波长不受影响；滤光设备能从灯光源光谱中选择所需要波长的光。

反应管为一组具塞石英试管，其容量(即内径、高度)的规格有不同，内壁上负载了能响应可见光的透明催化剂膜，还有的未负载催化剂，供选择。

旋转装置构造比较复杂，包括电机、转盘、螺杆、齿轮、调节轮、链条和旋转筒等。除链条为不锈钢材质外，其余部件均为铝合金材质制作，且表面做了发黑处理。电机转速通过大、小直径齿轮变速使转盘的转速下降，且旋转平稳。通过调节螺杆上的升降调节轮可以改变转盘的高度，以改变具塞石英试管的采光位置。

本实用新型的有益效果：①由于一次试验能够同时在1～18只具塞石英试管进行(试管数量视需要定)，因而与只能光照1个容器的试验相比，则可大大提高工作效率，也能减少试验的人为误差；②由于该仪器提供的灯光源、具塞石英试管的品种和规格比较齐全，因此可以通过改变多个条件(如光的种类、催化剂、反应时间和浓度等)进行光催化降解试验，从而可适用多种需求的研究，特别适合反应动力学的研究；③由于该仪器容易出数据，操作方便，可用于与环境保护有关的科研和高等院校教学等场所。

附图说明：

图1为旋转型光催化反应仪示意图；

图2为石英冷肼剖面示意图；

图3为滤光设备示意图；

图4为上转盘示意图；

图5为旋转部分剖面示意图；

图中：1灯光源，2石英冷肼，201夹层，202进水管，203出水管，3滤光设备，301支架，302滤光片，303连接杆，4一组具塞石英反应试管，5上转盘， 501圆洞，502小孔，6中转盘，7下转盘，701浅凹圆，702小孔，8底盘，801柱轴， 9升降调节轮，10螺杆，11旋转筒，12大齿轮，13小齿轮，14传动链条，15电机，16 电机转动杆，17电机支撑杆。

具体实施方式：

1、仪器各部件特征及制作

一种旋转型光催化反应仪的形状和构造见图1，由发光装置、反应管和旋转装置组成，仪器长×宽×高约为350×300×550mm，仪器的部件一部分为市购，一部分为委托加工。

发光装置包括灯光源(1)、石英冷肼(2)和滤光设备(3)，其中灯光源 (1)是300～2000W不同功率的低压、中压或高压汞灯和相应的镇流器，或300～ 2000W不同功率的氙灯和响应的镇流器；石英冷肼(2)见图2，用于放置灯光源，其外径为50mm，长为400mm，夹层(201)厚度为10mm，末端封闭。夹层上端有进水管(202)和出水管(203)，进水管直达夹层下端，通入冷却水可以带走灯光源(1)产生的热量。石英冷肼由能够透过紫外光和可见光的石英玻璃制成，它不影响不同波长光的透过；滤光设备(3)的构造见图3，其支架(301)的4 个面可插入0～4滤光片(302)，以透过光催化反应需要波长的光，滤光片的长和宽均为65mm，它通过连接杆(303)固定于电机支撑杆(17)上。

反应管为18支具塞石英试管(4)，容积分别为50mL和25mL，长度均为120mm，其中一种内壁负载了高效光催化剂薄膜，另一种内壁未负载，可供选择。

旋转装置构造比较复杂，包括电机上转盘(5)、中转盘(6)、下转盘(7)、底盘(8)、柱轴(801)、升降调节轮(9)、螺杆(10)、旋转筒(11)，大齿轮(12)、小mm齿轮(13)、传动链条(14)、电机(15)、电机转动杆(16)，电机支撑杆(17)等。

旋转装置的上转盘(5)见图(5)，是一外径为280mm、边宽为85mm的空心圆盘，在圆面距外侧15mm处开了18直径为27mm的个圆孔(501)，供插入具塞石英试管(4)。又在圆面距外侧60mm等距离开了3个小孔(502)，供固定 3根长度为180mm螺杆(10)的上端；旋转装置的中转盘(6)的形状和尺寸与上转盘(5)相同，在与(501)对应的位置上开了18个浅穴，使具塞石英反应试管(4)底端得到固定。还在与(502)对应的3个孔位置开孔，供螺杆(10) 穿过；旋转装置的下转盘(7)的形状和尺寸与上、中转盘相同，但不是空心。在转盘上面中心开了一浅凹圆(701)供固定石英冷肼(2)底端。在与(502) 对应的3个孔位置开孔，供固定螺杆(10)下端。还在该转盘下面中心位置固定了旋转筒(11)，筒的内径为5mm，高为4.5mm。旋转筒外用螺丝固定了大齿轮 (12)；旋转装置的底盘(8)为椭圆形，其X轴直径为350mm，Y轴直径为300mm，在中心偏右处固定了直径为48mm、高度为40mm的柱轴(801)，还固定了支撑电机(15)的电机杆(17)，以及带有小齿轮(13)的电机转动杆(16)。

2、仪器组装与调试

先将3根螺杆(10)上端用螺帽固定于上转盘(5)的小孔(502)处，然后将中转盘(6)自螺杆下端套入，同时螺杆旋入升降调节轮(9)，3只调节轮用传动链条(14)链接，再将螺杆下端固定于下转盘的小孔上(702)。装好后，由于中转盘与3个升降调节轮的顶面接触，只要调节其中1个升降调节轮就会带动另外2个升降调节轮移动，从而带动中转盘的升降，通常上转盘和中转盘之间的距离约为130mm，使载有具塞石英试管能有效接受光照。

再将固定于旋转盘(7)下端的旋转筒(11)套入底盘(8)的柱轴(801) 上，用传动链条(14)链接小齿轮(13)和大齿轮(12)；将滤光设备(3)置于上转盘(5)和中转盘(6)中间位置，插入滤光片(302)于支架(301)上，并用连接杆(303)固定于电机支撑杆(17)；将放入灯光源的(1)的石英冷肼 (2)置于滤光设备(3)中央，使底部进入下转盘(7)的浅凹圆(701)；将若干支具塞石英反应试管(4)插入上转盘(5)的圆孔中；开启电机(15)，电机转速通过小齿轮(13)、大齿轮(12)以及传动链条(14)的链接变速，使旋转轴带动转盘以4.5转/min的速度运转；开启冷却水和灯光源(1)，预热3min，仪器就进入工作状态。

Claims (9)

1.一种旋转型光催化反应仪，其特征在于该仪器由发光装置、反应管和旋转装置组成，用于研究液态体系中污染物的光催化降解，仪器的发光装置包括：灯光源(1)，石英冷肼(2)和滤光设备(3)；仪器的反应管为一组具塞石英反应试管(4)，内壁负载了纳米高效光催化剂膜；仪器的旋转装置包括：上转盘(5)、中转盘(6)、下转盘(7)、底盘(8)、升降调节轮(9)、螺杆(10)、旋转筒(11)，大齿轮(12)、小齿轮(13)、传动链条(14)、电机(15)、电机转动杆(16)，电机支撑杆(17)等部件。

2.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：所述灯光源(1)为管状低压汞灯、中压汞灯或高压汞灯，或管状氙灯，灯的功率从300W～2000W有不同规格，每种灯需配置相应镇流器。

3.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：石英冷肼(2)是放置灯光源的地方，它是一端封闭且具有夹层的石英管，能透过灯光源发出的紫外光和可见光；夹层上端有一进水管，该管直达夹层的下端；夹层上端另有一出水管，通入冷却水可以带走灯产生的热量。

4.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：滤光设备(3)的4个面供插入0～4片需要的滤光片，使之选择灯光源光谱中所需波长的光，该设备固定于电机支撑杆(17)上。

5.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：旋转装置的上转盘(5)是为空心圆盘，在圆盘的同心圆弧上等距离开了一组圆筒，供插入具塞石英反应试管(4)；在圆盘的另一同心圆弧上等距离开了3个小孔，供用螺帽固定3根螺杆(10)的上端。

6.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：旋转装置的中转盘(6)也是空心圆盘，在与上转盘(5)对应的各个圆孔位置上开了浅穴，供固定具塞石英反应试管(4)底端；还在与上转盘(5)对应的3个孔位置分别开孔供螺杆(10)穿过；另将3个升降调节轮(9)从螺杆(10)的下端旋入，抵达中转盘(6)的下面；3个升降调节轮(9)用传动链条(14)相连，调节其中1个升降调节轮的位置就能同时带动另外2个升降调节轮上下移动，从而改变中转盘(6)的高度，亦能改变具塞石英反应试管(4)的采光位置。

7.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：旋转装置的下转盘(7)上面中心位置开一浅凹圆，以固定石英冷肼(2)底端；并在与上转盘(5)对应的3个小孔位置分别开孔，供固定螺杆(10)的下端；还在下转盘(7)下面的中心位置固定了旋转筒(11)，旋转筒外侧下端用螺丝固定了大齿轮(12)。

8.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：旋转装置的底盘(8)上面的中心固定了柱轴(801)，供固定于下转盘(7)的旋转筒(11)自上而下反向插入，该旋转筒上也固定有大齿轮(12)；旋转装置的底盘(8)上还固定了电机支撑杆(17)以支撑电机(15)，还固定了带有小齿轮(13)的电机转动杆(16)；大齿轮(12)和小齿轮(13)通过传动链条(14)连接，当电机启动时将带动小齿轮(13)、大齿轮(12)、旋转筒(11)和下转盘(7)等部件旋转。

9.根据权利要求1所述的旋转型光催化反应仪，其特征在于：仪器的上转盘(5)、中转盘(6)、下转盘(7)、底盘(8)、升降调节轮(9)、螺杆(10)、旋转筒(11)，大齿轮(12)、小齿轮(13)、电机转动杆(16)，电机支撑杆(17)等部件均采用铝合金材料加工制成，其表面进行发黑处理；传动链条(14)采用不锈钢制成。

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