CN220609831U - 一种光催化还原二氧化碳反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光催化还原二氧化碳反应器，包括有反应器、循环管、循环风扇、光源，反应器的上端设有容器口，容器口处盖有透明容器盖，光源位于透明容器盖的正上方，透明容器盖的内侧连接有滴水器，循环管的两端分别连接反应器，循环风扇安装在循环管上，循环管上连接有加气管，反应器的内部放置有催化剂放置袋，反应器的下端连接有取样管。本实用新型适用于光催化还原二氧化碳反应过程中催化剂的性能分析。可减少反应产生气体在水中的溶解对测试结果的影响。有效防止气体沉在仪器底部导致局部气体浓度过高。同时还能够节约测试过程中二氧化碳气体用量。

Description

一种光催化还原二氧化碳反应器

技术领域

本实用新型属于光催化反应器技术领域，具体涉及一种光催化还原二氧化碳反应器。

背景技术

作为地球上的可再生碳资源，二氧化碳可以通过化学和生物等方法转化为具有更高附加值的能源和化学品，例如一氧化碳、甲醇、碳氢化合物等。光催化二氧化碳化学转化是一种以太阳光为反应光源的绿色化学转化方法，具有过程简单、成本低、易于操作等优点，是一种理想的二氧化碳转化方式。

目前，光催化二氧化碳还原反应的基本体系可分为液-固和气-固两种。其中，液-固反应体系由催化剂固体粉末分散在二氧化碳饱和水溶液中，反应发生在液固界面；气-固反应体系中，催化剂被固定，反应发生在气-固相界面。液-固反应体系由于反应条件易于控制，具有过程效率高和处理量较大等优点，在实验室研究中使用较为广泛。

液-固体系中，目前的主流做法是将催化剂放入大量溶液中，在光照作用下使其发生反应，这个方法对于检测液相中物质的组成相对方便，但是如若想要检测气相组分会出现部分气体溶解在液体中无法逸散从而导致检测结果不准确的现象。

实用新型内容

为了尽可能减少了反应气体在水中的溶解，同时防止气体沉在仪器底部导致局部气体浓度过高的问题，本实用新型提出了一种简易的光催化还原二氧化碳反应器，该反应器通过浸润催化剂的方式使催化剂与水发生反应以减少反应产生气体在水中的溶解，并利用定量通入二氧化碳和气体循环的方法防止气体沉在仪器底部导致局部气体浓度过高，影响反应的准确性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种光催化还原二氧化碳反应器，包括有反应器、循环管、循环风扇、光源，所述反应器的上端设有容器口，容器口处盖有透明容器盖，光源位于透明容器盖的正上方并正对透明容器盖照射，透明容器盖的内侧连接有滴水器，反应器的下端一侧设有进气口，另一侧设有出气口，循环管的一端连接进气口，另一端连接出气口，循环风扇安装在循环管内，循环管上连接有加气管，加气管处塞有橡胶塞，反应器的内部放置有催化剂放置袋，催化剂放置袋位于滴水器的正下方，反应器的下端连接有取样管，取样管处塞有橡胶塞。

作为上述技术方案的优选，所述滴水器包括有水容器和滴水阀，水容器的开口朝下，滴水阀安装在水容器的开口处。

作为上述技术方案的优选，还包括有冷却水夹套，所述反应器的下部置于冷却水夹套内，冷却水夹套的上端连接进水管，冷却水夹套的下端连接出水管。

作为上述技术方案的优选，还包括有真空泵，真空泵连接循环管。

作为上述技术方案的优选，所述循环管上安装有真空压力表。

作为上述技术方案的优选，所述透明容器盖、循环管、反应器分别由石英玻璃制成。

作为上述技术方案的优选，所述催化剂放置袋由无纺布制成。

作为上述技术方案的优选，所述光源为氙灯光源。

作为上述技术方案的优选，所述反应器与透明容器盖之间设有密封圈。

在反应初始阶段，将催化剂放置在催化剂放置袋内，并用去离子水将其完全润湿，并根据催化剂用量与反应条件设置可调节滴水器的滴水速率，以保证水始终可以将催化剂放置袋刚好浸没；同时，对体系进行抽真空处理，待体系达到真空条件后，从设备顶端进气口处打入一定量的气体，并利用循环风扇泵在整个反应过程中不断进行气体循环；待循环稳定后开启光源；反应一段时间后，用注射器针头从反应器下方抽取一定量的气体打入气相色谱中进行成分检测。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的光催化还原二氧化碳反应器，适用于光催化还原二氧化碳反应过程中催化剂的性能分析。具有结构简单，操作方便的优点。可减少反应产生气体在水中的溶解对测试结果的影响，同时有效防止气体沉在仪器底部导致局部气体浓度过高。同时还能够节约测试过程中二氧化碳气体用量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种光催化还原二氧化碳反应器，包括有反应器8、循环管4、循环风扇3、光源5，所述反应器8的上端设有容器口，容器口处盖有透明容器盖6，光源5位于透明容器盖6的正上方并正对透明容器盖6照射，透明容器盖6的内侧连接有滴水器7，反应器8的下端一侧设有进气口，另一侧设有出气口，循环管4的一端连接进气口，另一端连接出气口，循环风扇3安装在循环管4内，循环管4上连接有加气管1，加气管1处塞有橡胶塞，反应器8的内部放置有催化剂放置袋15，催化剂放置袋15位于滴水器7的正下方，反应器8的下端连接有取样管13，取样管13处塞有橡胶塞。通过循环管4和循环风扇3使得从加气管1处加入的气体循环。滴水器7将去离子水滴在催化剂放置袋15上，对催化剂放置袋15内部的催化剂进行润湿并提供实验所需的水量。光源5对反应器8内部进行照射，气体与水在光照、催化剂条件下进行光催化反应。反应结束后从取样管13处取样分析，从而得到光催化反应的效果。

进一步的，所述滴水器7包括有水容器和滴水阀，水容器的开口朝下，滴水阀安装在水容器的开口处。水容器可以采用PE塑料材质制成。水容器通过卡接的方式可拆卸的固定在透明容器盖6的中部。比如在水容器的上端设置卡板，在透明容器盖6的内侧中部设置供卡板插入的插槽。滴水阀逐滴滴落水滴，滴水阀滴水速率可调。

进一步的，还包括有冷却水夹套12，所述反应器8的下部置于冷却水夹套12内，冷却水夹套12的上端连接进水管9，冷却水夹套12的下端连接出水管14。冷却水夹套12充入冷却水，控制反应器8的内部反应温度。

进一步的，还包括有真空泵11，真空泵11连接循环管4。在注入测试气体前利用真空泵11将系统内部抽真空，减少系统内部空气干扰。

进一步的，所述循环管4上安装有真空压力表2。真空压力表2用于观察系统中的气压情况。

进一步的，所述透明容器盖6、循环管4、反应器8分别由石英玻璃制成。

进一步的，所述催化剂放置袋15由无纺布制成。催化剂放置袋15由无纺布过滤包改装而成，具体结构为无纺布过滤包内部包裹吸水海绵，催化剂放置在被海绵包裹的无纺布过滤包内。

进一步的，所述光源5为氙灯光源，可以采用PE300灯泡。

进一步的，所述反应器8与透明容器盖6之间设有密封圈。密封圈保证反应器8内部的密封性。

在反应初始阶段，将一定量催化剂放置在催化剂放置袋15内，并用去离子水将其完全润湿，使水完全没过催化剂，并根据催化剂用量与反应条件设置可调节滴水器7的滴水速率，一般设置为30s/滴，以保证催化剂始终与水保持良好接触。

上述步骤结束后，打开真空泵11，对体系进行抽真空处理，观察真空压力表2的示数，待体系达到真空条件后，将真空泵11关闭；用带针头的针管从加气管1处将针头插入橡胶塞中注入一定量的气体；打开循环风扇3，在整个反应过程中不间断地进行气体循环；与此同时，开启光源5；反应一段时间后，用带针头的注射器从反应器8上的取样管13处取样，取样时将针头插入橡胶塞中抽取一定量的气体，取样的气体打入气相色谱中进行成分检测。

值得一提的是，本实用新型专利申请涉及的氙灯光源5、循环风扇3、真空泵11、滴水阀7等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本实用新型专利的发明点所在，本实用新型专利不做进一步具体展开详述。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，包括有反应器、循环管、循环风扇、光源，所述反应器的上端设有容器口，容器口处盖有透明容器盖，光源位于透明容器盖的正上方并正对透明容器盖照射，透明容器盖的内侧连接有滴水器，反应器的下端一侧设有进气口，另一侧设有出气口，循环管的一端连接进气口，另一端连接出气口，循环风扇安装在循环管内，循环管上连接有加气管，加气管处塞有橡胶塞，反应器的内部放置有催化剂放置袋，催化剂放置袋位于滴水器的正下方，反应器的下端连接有取样管，取样管处塞有橡胶塞。

2.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述滴水器包括有水容器和滴水阀，水容器的开口朝下，滴水阀安装在水容器的开口处。

3.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，还包括有冷却水夹套，所述反应器的下部置于冷却水夹套内，冷却水夹套的上端连接进水管，冷却水夹套的下端连接出水管。

4.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，还包括有真空泵，真空泵连接循环管。

5.如权利要求4所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述循环管上安装有真空压力表。

6.如权利要求5所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述透明容器盖、循环管、反应器分别由石英玻璃制成。

7.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述催化剂放置袋由无纺布制成。

8.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述光源为氙灯光源。

9.如权利要求1所述的光催化还原二氧化碳反应器，其特征在于，所述反应器与透明容器盖之间设有密封圈。