CN211706752U - 一种光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种光催化反应器，包括反应容器、套管、磁力搅拌装置、光照装置、控制电路和外壳；所述套管和光照装置均位于外壳上部，所述磁力搅拌装置和控制电路均固定于外壳内部；所述磁力搅拌装置位于套管正下方，所述反应容器位于套管内；所述光照装置包括LED光源、散热片和风扇，所述套管侧面设有照射孔，所述LED光源固定于散热片一侧且正对照射孔、所述风扇固定于散热片另一侧，所述磁力搅拌装置、LED光源和风扇均与控制电路电连。本实用新型采用LED光源近距离直射反应容器，结构紧凑，相比于现有的光催化反应器，具有体积小巧的优点，不放入反应容器时，该光催化反应器的尺寸可小至约6*7*9厘米。
Description
技术领域
本实用新型属于一种实验室化学反应装置，具体涉及一种以LED为光源的光催化反应器。
背景技术
近年来光照被认为是一种能够促进很多化学反应的手段，主要应用于光催化降解污染物和光催化合成两个领域。光催化降解污染物主要使用含纳米二氧化钛的非均相催化剂，在光照的条件下催化降解水中的污染物，如酚、有机染料等。光催化合成则是在光和光催化剂的存在下，完成合成反应，光催化合成一般具有选择性好、反应条件温和的优点。
研究光催化反应需要光催化反应器。一般而言，实验室进行光催化反应，往往使用光源和现有的常规实验装置进行组合搭建，或者购置专用的光催化反应器，实现光照、控温、搅拌、平行反应等操作。光源和现有的常规实验装置组合搭建的光反应装置一般有如下缺点：①光照条件不可控，可重复性不好；②光源与反应器距离远，能量利用率低；③光线泄漏，容易伤害实验人员的视力；④装置复杂或者占用空间大；⑤不安全。现有的中型、大型光催化反应器则有着操作复杂、占用空间大、价格昂贵等缺点。中国专利(CN105000522A)公开了一种水处理用光催化反应器，其光源的优选方案为氙灯、低压汞灯、中压汞灯或者高压汞灯的一种或几种的组合，光照较为充分，使用旋转叶片实现对溶液的搅拌，因而搅拌能力强，同时也带来机械结构复杂、装置体积大的问题。
中国专利(CN103394318A)公开了一种高光效率光催化反应器，其将反应器和光源放置于同一个装置的两个腔体内，腔体内壁设计成抛物面以及涂敷反光材料实现光的高效利用，利用滤光片获得相应波长的光，但反应器没有控温设计，实际应用中会出现反应液温度失控、反应重现性差的问题。中国专利(CN109179562A)公布了一种降解污染物的实验装置，通过调整弧面反射板来控制光强，其光强容易受到装置震动、弧面反射板老化的影响。中国专利(CN104801253A)公开了一种犁铧式集成偶合聚光磁力光催化反应器，其使用石英制造反应器皿和聚光镜，因而造价高，使用中也容易损坏。中国专利(CN103357364A)公开了一种光反应器，其使用LED阵列作为光源，多个反应可平行进行，但是其未考虑室温反应的控温，且其无法同时进行多个独立波长的反应。
发明内容
本实用新型为解决现有技术问题，提供了一种成本低廉、体积小巧、光照效率高且稳定、带有磁力搅拌的光催化反应器。
本实用新型采用的技术方案为：一种光催化反应器，包括反应容器、套管、磁力搅拌装置、光照装置、控制电路和外壳；所述套管和光照装置均位于外壳上部，所述磁力搅拌装置和控制电路均固定于外壳内部；所述磁力搅拌装置位于套管正下方，所述反应容器位于套管内；所述光照装置包括LED光源、散热片和风扇，所述套管侧面设有照射孔，所述LED光源固定于散热片一侧且正对照射孔、所述风扇固定于散热片另一侧，所述磁力搅拌装置、LED光源和风扇均与控制电路电连；所述控制电路上还设有LED光源开关和风扇开关，所述LED光源开关和风扇开关均固定于外壳的外部。
优选地，所述磁力搅拌装置包括电机、两个磁铁座和磁铁，两个所述磁铁座对称固定于电机的转轴上，所述磁铁固定在磁铁座内，所述反应容器内放有磁力搅拌子，所述控制电路上设有调速旋钮，所述电机与控制电路相连，调速旋钮位于外壳外部。
优选地，所述外壳底部设有脚垫或公扣，反应容器上还可以设有瓶盖或瓶塞。
优选地，所述反应容器为透明材质，所述磁铁座为圆形带孔厚金属片，所述电机为带霍尔检测器直流无刷电机。
优选地，所述套管内壁还均布有多组支撑片，所述支撑片底部固定有挡片。
优选地，所述套管底部借助固定板与外壳构成固定连接，所述套管与固定板为一体化结构，所述固定板四角设有螺丝孔，外壳的四角设有与其对应的螺丝孔，所述固定板借助螺丝与外壳构成固定连接。
优选地，所述LED光源为波长在200至1200nm内的单色光或者多色光，功率为3～10瓦，散热片采用不锈钢、铝或者铜等金属材质带鳍片的散热片；所述风扇的长宽高或者直径均不大于12cm、电压为12V、转速大于 8000rpm，所述反应容器直径为5～100mm、高度为10～200mm。
优选地，所述LED光源借助螺丝、导热硅胶、卡扣等与散热片紧密贴合，LED光源距离反应容器0～100mm。
优选地，所述LED光源为波长为360～760nm，所述风扇的长宽高或者直径为4cm，所述LED光源距离反应容器2～10mm。
优选地，所述反应容器直径为20～30mm、高度为50～100mm。
本实用新型获得的有益效果为：1.本实用新型采用LED光源近距离直射反应容器，结构紧凑，相比于现有的光催化反应器，具有体积小巧的优点，不放入反应容器时，该光催化反应器的尺寸可小至约6*7*9厘米；LED 光源体积远远小于汞灯、氙灯、卤灯，使得本实用新型的总体积也小于一般以汞灯、氙灯、卤灯为光源的光催化反应器，这极大提高了实验室的空间利用率。
2.本实用新型结构设计巧妙，使得光照条件稳定，搅拌均匀，实验可重复性好；有风扇散热，反应器可以长时间工作，风扇同时给LED灯、控制电路和反应容器散热，可以防止反应体系因为光照、化学反应而升温，保持反应在室温下进行。
3.本实用新型所用的LED光源、散热片、电机等零部件均为市场成熟产品，价格低，容易获得；套管和外壳结构简单，容易制造；LED光源拆卸方便，易更换不同波长的LED光源以满足不同反应的要求。
4.本实用新型成本低、外观小巧，可以将多个反应器组合联用，组成平行反应器，用于高通量筛选反应条件，如研究光强、波长、投料、时间等条件对反应的影响。
5.本实用新型的套管内壁可涂覆反光材料，透射或散射的光线被套管反射或吸收，反射的光线依然可照射反应液，可保证足够的光子利用率，以有效降低实验场所的光污染。
6.LED光源所发射出来的光具有很好的单色性，紫外和可见光区的LED 光源所发射出的光一般不含红外光成分。很多光催化反应器使用汞灯、氙灯、卤灯作为光源，这些灯能量利用率低，不仅灯管自身发热明显，其所发射出的光还有很多红外成分，既致使发射光光谱不纯，还会导致反应体系温度升高。
附图说明
图1为本发明所述的光催化反应器的剖面示意图；
图2为本发明所述的光催化反应器的外观示意图；
图3为本发明所述的光催化反应器的拆解示意图；
图4为本发明所述的套管的结构示意图；
图5为本发明所述的光催化反应器组合成平行反应器的示意图。
其中1代表反应容器，2代表套管，3代表磁力搅拌子，4代表磁铁，5代表磁铁座，6代表电机，7代表外壳，8代表控制电路，9代表风扇，10代表散热片，11代表LED光源，12代表调速旋钮，13代表瓶盖，14代表螺丝，15代表螺丝孔，16代表支撑片，17代表挡片，18代表公扣，19代表工作台，20代表母扣
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1-4所示，一种光催化反应器，包括反应容器1、套管2、磁力搅拌装置、光照装置、控制电路8和外壳7；所述套管2和光照装置均位于外壳7上部，所述磁力搅拌装置和控制电路8均固定于外壳7内部；所述磁力搅拌装置位于套管2正下方，所述反应容器1位于套管2内；所述光照装置包括LED光源11、散热片10和风扇9，所述套管2侧面设有照射孔，所述LED光源11固定于散热片10一侧且正对照射孔、所述风扇9固定于散热片10另一侧，所述磁力搅拌装置、LED光源11和风扇9均与控制电路8电连；所述控制电路8上还设有LED光源开关和风扇开关，所述LED 光源开关和风扇开关均固定于外壳7的外部。所述磁力搅拌装置包括电机6、两个磁铁座5和磁铁4，两个所述磁铁座5对称固定于电机6的转轴上，所述磁铁4固定在磁铁座5内，所述反应容器1内放有磁力搅拌子3，所述控制电路8上设有调速旋钮12，所述电机6与控制电路8相连，调速旋钮 12位于外壳7外部。所述外壳7底部设有脚垫或公扣18，反应容器1上还可以设有瓶盖13或瓶塞。所述反应容器1为透明材质，所述磁铁座5为圆形带孔厚金属片，所述电机6为带霍尔检测器直流无刷电机。所述套管2 内壁还均布有多组支撑片16，所述支撑片16底部固定有挡片17。所述套管2底部借助固定板与外壳7构成固定连接，所述套管2与固定板为一体化结构，所述固定板四角设有螺丝孔15，外壳7的四角设有与其对应的螺丝孔，所述固定板借助螺丝14与外壳7构成固定连接。
所述LED光源11为波长在200至1200nm内的单色光或者多色光，功率为3～10瓦；散热片10采用不锈钢、铝或者铜等金属材质带鳍片的散热片；所述风扇9的长宽高或者直径均不大于12cm、电压为12V、转速大于 8000rpm；所述反应容器1直径为5～100mm、高度为10～200mm。所述LED 光源11借助螺丝、导热硅胶、卡扣等与散热片10紧密贴合，LED光源11 距离反应容器0～100mm。所述LED光源11为波长为360～760nm，所述风扇9的长宽高或者直径为4cm，所述LED光源11距离反应容器12～10mm。所述反应容器1直径为20～30mm、高度为50～100mm。
如图5所示，当需要进行光反应平行实验时，本实用新型体积小，在连接气路时可能会翻倒，同时在组成平行反应器时有着稳固、整齐等要求，可将本光催化反应器固定于一个工作台19上：光催化反应器的外壳7底部侧面有突出的公扣18，可以扣入工作台19上的母扣20中，光催化反应器因此被整齐牢固地固定。
具体实施时，反应容器1内装有磁力搅拌子3和液态反应物，调速旋钮12可调节磁力搅拌子3的转速，LED光源11安装在套管2的侧面，近距离直接照射反应容器1，因此光源利用率高，并且光照稳定；为了进一步提高光的利用率，可在套管2内部涂布反光材料；当套管2使用金属、不透光塑料制成时，可阻止因LED光泄漏而造成对眼部的伤害。LED光源11工作时会发热，此热量通过热传递传送至散热片10上，风扇9将空气吹扫到散热片10上将热量带走，保证了LED光源11发光稳定，不会因为温度高而烧坏。套管2与反应容器1通过支撑片16和挡片17接触，支撑片16使反应容器1和套管2内壁之间保持一定间隙，空气可以从间隙中顺利流出；挡片17防止反应容器1掉入外壳7内部而与磁力搅拌装置直接接触；风扇 9产生的气流一部分进入催化反应器内部，最后从反应容器1与套管2之间的间隙排出，带走因为光照或者化学反应而产生的热，使得反应在室温下进行。
为阐明本发明的实用性和使用方法，现列举如下4种典型应用：
①检验药品对光的稳定性。向反应容器1中加入10毫升药液和磁力搅拌子3，并拧上带有放空管的瓶盖13，将反应容器1放入380～760nm全波长的光催化反应器，调整磁力搅拌的转速之后打开LED光源11的开关进行照射，适当时间之后对药液成分进行检测。
②评价光降解催化剂的活性。向反应容器1中加入0.10g光催化剂、 10毫升亚甲基蓝溶液和磁力搅拌子3，并拧上带有放空管的瓶盖13。将反应容器1放入波长450nm的光催化反应器，调整磁力搅拌的转速之后打开 LED光源11的开关进行照射，每隔一定时间测定亚甲基蓝溶液吸光度的变化情况。
③光催化有机合成。向反应容器1中加入光催化剂、10毫升乙醇、1 克硝基苯和磁力搅拌子3，并拧上带有气管的瓶盖13，先通过气管将反应容器1内抽真空，再将气管接上氮气球。将反应容器1放入波长395nm的光催化反应器，调整磁力搅拌的转速之后打开LED光源11的开关进行照射，适当时间之后检测苯胺、偶氮苯等生成物的含量。
④组成平行反应器研究波长对反应的影响。取365nm、395nm、410nm、 425nm、455nm、520nm、620nm、660nm等波长的光催化反应器，安装在如图5的3*5工作台上，各个反应容器1中加入相同量的反应物，调整合适的磁力搅拌转速后同时打开光照进行反应。适当时间之后同时关闭光照和搅拌，对反应液进行检测。
以上所述仅为本发明所述反应器的优选实施方式和一些典型应用，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，对本发明所述的光催化反应器所作的任何修改、等同替换、不同数量的组合、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光催化反应器，其特征在于：包括反应容器(1)、套管(2)、磁力搅拌装置、光照装置、控制电路(8)和外壳(7)；所述套管(2)和光照装置均位于外壳(7)上部，所述磁力搅拌装置和控制电路(8)均固定于外壳(7)内部；所述磁力搅拌装置位于套管(2)正下方，所述反应容器(1)位于套管(2)内；所述光照装置包括LED光源(11)、散热片(10)和风扇(9)，所述套管(2)侧面设有照射孔，所述LED光源(11)固定于散热片(10)一侧且正对照射孔、所述风扇(9)固定于散热片(10)另一侧，所述磁力搅拌装置、LED光源(11)和风扇(9)均与控制电路(8)电连；所述控制电路(8)上还设有LED光源开关和风扇开关，所述LED光源开关和风扇开关均固定于外壳(7)的外部。
2.根据权利要求1所述一种光催化反应器，其特征在于：所述磁力搅拌装置包括电机(6)、两个磁铁座(5)和磁铁(4)，两个所述磁铁座(5)对称固定于电机(6)的转轴上，所述磁铁(4)固定在磁铁座(5)内，所述反应容器(1)内放有磁力搅拌子(3)，所述控制电路(8)上设有调速旋钮(12)，所述电机(6)与控制电路(8)相连，调速旋钮(12)位于外壳(7)外部。
3.根据权利要求1所述一种光催化反应器，其特征在于：所述外壳(7)底部设有脚垫或公扣(18)，反应容器(1)上还可以设有瓶盖(13)或瓶塞。
4.根据权利要求2所述一种光催化反应器，其特征在于：所述反应容器(1)为透明材质，所述磁铁座(5)为圆形带孔厚金属片，所述电机(6)为带霍尔检测器直流无刷电机。
5.根据权利要求1所述一种光催化反应器，其特征在于：所述套管(2) 内壁还均布有多组支撑片(16)，所述支撑片(16)底部固定有挡片(17)。
6.根据权利要求1所述一种光催化反应器，其特征在于：所述套管(2)底部借助固定板与外壳(7)构成固定连接，所述套管(2)与固定板为一体化结构，所述固定板四角设有螺丝孔(15)，外壳(7)的四角设有与其对应的螺丝孔，所述固定板借助螺丝(14)与外壳(7)构成固定连接。
7.根据权利要求1所述一种光催化反应器，其特征在于：所述LED光源(11)为波长在200至1200nm内的单色光或者多色光，功率为3～10瓦；散热片(10)采用不锈钢、铝或者铜金属材质带鳍片的散热片；所述风扇(9)的长宽高或者直径均不大于12cm、电压为12V、转速大于8000rpm；所述反应容器(1)直径为5～100mm、高度为10～200mm。
8.根据权利要求7所述一种光催化反应器，其特征在于：所述LED光源(11)借助螺丝、导热硅胶、卡扣与散热片(10)紧密贴合，LED光源(11)距离反应容器0～100mm。
9.根据权利要求7所述一种光催化反应器，其特征在于：所述LED光源(11)为波长为360～760nm，所述风扇(9)的长宽高或者直径为4cm，所述LED光源(11)距离反应容器(1)2～10mm。
10.根据权利要求7所述一种光催化反应器，其特征在于：所述反应容器(1)直径为20～30mm、高度为50～100mm。
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|---|---|---|---|
| CN201921508448.9U CN211706752U (zh) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | 一种光催化反应器 |
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| CN (1) | CN211706752U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113648948A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-16 | 泊菲莱(镇江)智能设备有限公司 | 一种用于催化剂检测的高效紧凑型光催化反应装置 |
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2019
- 2019-09-09 CN CN201921508448.9U patent/CN211706752U/zh active Active
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| CN113648948A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-16 | 泊菲莱(镇江)智能设备有限公司 | 一种用于催化剂检测的高效紧凑型光催化反应装置 |
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