一种可调节光的光电催化反应器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及光电催化反应器，特别是一种可调节光的光电催化反应器。


背景技术：

[0002]
光催化是指在光源的照射下，当光子能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e-)和空穴(h
+
)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子(
·
o
2-)，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成羟基自由基(
·
oh)。而超氧负离子和羟基自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至最终产物co2和h2o，甚至对一些无机物也能彻底分解。但是，光催化时使用的催化剂量子效率低，而且反应时为提高催化效率，将催化剂与反应物质混合在一起，存在催化剂难分离、回收与再利用，特别是超细粉体催化剂。
[0003]
光电催化是建立在改善传统的光催化过程的一种新型技术。将催化剂附着在金属电极表面，通过外加阳极偏压使光激发产生的电子通过外电路流向阴极，减少光生电子与空穴复合的概率，使体系中有更多的空穴存在，从而生成更多的
·
oh，提高光量子的效率，达到提高光催化效率的目的。但是，传统的光催化面临如何提高光强的困难以及反应过程中催化剂可能脱落，随液体流出造成资源浪费，因此，急需一种能快速高效实现催化反应的反应器。


技术实现要素：

[0004]
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种可调节光的光电催化反应器，可有效解决光催化反应中不能提高光强、催化剂浪费以及反应效率低的问题。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型的解决方案是，一种可调节光的光电催化反应器，包括反应釜、储气罐和电极，所述的反应釜为上部开口的空心体，上部开口上固定有顶板盖，反应釜内置有多个发光圆球灯，反应釜一侧壁上部上设有与反应釜内部相连通的进料口管，进料口管上装有第一控制阀，反应釜另一侧壁下部上设有与反应釜内部相连通的取样口管，取样口管上装有第二控制阀，取样口管对应的反应釜内壁上装有置于取样口管上的铁质筛分板，铁质筛分板上均布设有用于过滤磁性光催化剂和磁性光敏剂的筛孔道，反应釜底部外固定有螺线管，螺线管经铆钉固定在支架上，支架置于磁力搅拌器上，储气罐经气管穿过顶板盖通入反应釜内部；
[0006]
所述电极包括阴极和阳极，阴极和阳极置于反应釜内，阴极经电极引线与电源的负极相连，阳极经电极引线与电源的正极相连，电源经导线与螺线管的电源输入端相连，电源上设有分别控制电极和螺线管电源通、断的按钮。
[0007]
本实用新型结构简单，操作方便，通过供电和光催化协同，实现光电催化提高催化效率，由石英玻璃球提供整个装置的光源，通过储气罐提供整个反应所需的氧化剂，实现无二次污染的高效催化，社会和经济效益显著。
附图说明
[0008]
图1是本实用新型结构示意图。
[0009]
图2是本实用新型发光圆球灯结构示意图。
具体实施方式
[0010]
以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
[0011]
结合附图给出，一种可调节光的光电催化反应器，包括反应釜、储气罐和电极，所述的反应釜1为上部开口的空心体，上部开口上固定有顶板盖3，反应釜1内置有多个发光圆球灯2，反应釜1一侧壁上部上设有与反应釜1内部相连通的进料口管4，进料口管4上装有第一控制阀6，反应釜1另一侧壁下部上设有与反应釜1内部相连通的取样口管5，取样口管5上装有第二控制阀7，取样口管5对应的反应釜1内壁上装有置于取样口管5上的铁质筛分板8，铁质筛分板8上均布设有用于过滤磁性光催化剂和磁性光敏剂的筛孔道，反应釜1底部外固定有螺线管9，螺线管9经铆钉固定在支架16上，支架16置于磁力搅拌器11上，储气罐10经气管穿过顶板盖3通入反应釜1内部；
[0012]
所述电极包括阴极13和阳极14，阴极13和阳极14置于反应釜1内，阴极13经电极引线与电源15的负极相连，阳极14经电极引线与电源15的正极相连，电源15经导线与螺线管9的电源输入端相连，电源15上设有分别控制电极和螺线管9电源通、断的按钮。
[0013]
为保证更好的实施效果，所述的发光圆球灯2包括灯罩203、灯管202和灯座201，灯罩203为透明的石英玻璃制成的空心球形体，灯罩203下部装有灯座201，灯罩203与灯座201间装有密封垫17，灯罩203外面上涂有多处，且相间开分布不均的磁性光敏剂，灯管202呈螺旋状固定装在灯罩203内，灯座201为空心方形体，灯座201内装有与灯管202相连的可充电电池204和与可充电电池204连接的无线接收模块205。
[0014]
所述的无线接收模块205为hswg-la无线接收模块。
[0015]
所述的发光圆球灯2直径为2-5cm，灯罩203的厚度为0.2-0.5cm。
[0016]
所述的灯管202为led灯管、紫外线灯管或红外线灯管，但不限于这三种类型，根据不同实验选择不同的光照类型。
[0017]
所述的螺线管9是由金属芯以及金属芯上缠绕的多重线圈构成。
[0018]
所述的顶板盖3上设有多个通孔，储气罐10的气管、电极的电极引线分别穿过顶板盖3上的通孔伸入反应釜1内，气管和电极引线与顶板盖3上的通孔接触处设有用于密封的密封圈。
[0019]
所述的反应釜1内装有温度传感器12(公知市售产品)，温度传感器12经穿过顶板盖3上的通孔导线与置于反应釜1外的温度显示屏12-1(公知市售产品)相连，导线与顶板盖3上的通孔接触处设有用于密封的密封圈。
[0020]
所述的阴极13和阳极14上附着有磁性光催化剂，阴极13为钛制成的棒状体，阳极14为导体氧化物制成的棒状体。
[0021]
所述的反应釜1为石英玻璃制成的上部开口的空心体。
[0022]
本实用新型在具体实施时，手动将反应溶液从进料口管4倒入反应釜1中，可以调节第一控制阀6来调节反应溶液的进入量，发光圆球灯2内装有无线接收模块，经外部的遥控器打开发光圆球灯2，提供光源，同时灯源散出的热量可以为装置起到加热的作用，加速
催化反应的进行，打开电源15上控制电极的按钮，向阴极13和阳极14通电，阳极14产生的电子通过外电路流向阴极13，使体系中有更多的空穴，电子；同时电极和催化剂也可以抑制空穴电子的复合，加速催化反应的进行，再根据反应需要，打开储气罐10，经气管向反应釜1内输入氧气提供整个反应所需的氧化剂，通过温度传感器12随时监控反应装置的温度，通过磁力搅拌器11在反应过程的磁力搅拌，充分使反应物料与氧气、催化剂、光敏剂和光源接触，需要取样时，提前几分钟打开电源15上控制螺线管9的按钮，由螺线管9提供均匀磁场，取样口管5上装有通过第二控制阀7控制反应溶液的出液量，反应溶液经筛分板8上的筛孔道流出，筛孔道可对水中的磁性光催化剂和磁性光敏剂过滤，防止光催化剂和光敏剂随液体流走，从而便于对磁性光催化剂和光敏剂的重复使用，且保证排出液体的质量，变于后续的测定。
[0023]
发光圆球灯2的外罩为透明的石英玻璃制成的空心球形体，提高透光率，减少光损率，内部的灯管采用螺旋形状，增大发光面积，提高光亮强度，且灯管与灯罩之间留有空隙，便于更换灯管；发光圆球灯2可以根据不同的实验选择不同的光照类型，自行拆卸更换灯源类型；除增减反应釜内发光圆球灯2的数量控制光强外，还可通过改变发光圆球灯2在反应釜中的位置达到控制光强的目的，通过改变发光圆球灯2的直径和厚度，确定发光圆球灯2的重力和浮力，从而调节发光圆球灯在反应釜中的位置达到控制光照强度的目的，发光圆球灯2受力平衡时，既重力等于浮力，记液体的密度为ρ
液
，圆球灯的密度为ρ
灯
，圆球灯总质量记为m，r/r＝[ρ
灯
/(ρ
灯-ρ
液
)]
1/3
(r、r见附图2)，发光圆球灯在反应釜中匀速运动；当r/r>[ρ
灯
/(ρ
灯-ρ
液
)]
1/3
时，重力大于浮力，发光圆球灯沉在反应釜底部；当r/r<[ρ
灯
/(ρ
灯-ρ
液
)]
1/3
时，重力小于浮力，发光圆球灯浮在反应釜溶液上部，未全部浸没；r/r≥[ρ
灯
/(ρ
灯-ρ
液
)]
1/3
时，发光圆球灯全部沉浸在反应釜内部，可以提供充足的光照，加速反应进行，根据不同浸没程度，达到控制光强的目的。
[0024]
发光圆球灯的受力计算公式为：
[0025]
f1＝f2[0026]
其中，f1，f2分别为圆球灯的重力和所受的浮力，单位：n；
[0027]
f1＝mg
[0028]
其中，m为圆球灯的质量，单位：kg；
[0029]
f2＝ρ
液
gv2[0030]
其中，ρ
液
为液体密度，单位：kg/m3；g＝10n/kg；v2为圆球灯排开水体积，单位：m3；
[0031][0032]
其中，r为圆球灯的外半径，单位：m；
[0033]
即
[0034]
得其中，圆球灯的质量m为：
[0035]
m＝ρ
灯
v1[0036]
其中，ρ
灯
为圆球灯密度，圆球灯的密度按圆球灯的材质的密度计算，单位：kg/m3；v1为圆球灯的体积，单位：m3；
[0037][0038]
其中，r为圆球灯的内半径，单位：m；
[0039]
得：
[0040]
最终得：
[0041]
(1)重力≥浮力时
[0042][0043]
(2)重力<浮力时：
[0044][0045]
要指出的是，上述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出更动或者修饰为等同变化的等效实施例，均落在本实用新型的保护范围内。
[0046]
本实用新型结构简单，操作方便，包括光催化、供电、搅拌以及探测，各装置可以拆卸清洗，便于安装，通过供电和光催化协同，实现光电催化提高催化效率，电源向阴、阳电极以及螺线管供电，由石英玻璃球提供整个装置的光源，同时灯源散出的热量可以为装置起到加热的作用，加速催化反应的进行，催化效率提高40％以上，通过储气罐提供整个反应所需的氧化剂，通过温度传感器可以随时监控反应装置的温度，磁性光催化剂和光敏剂可以重复使用，实现无二次污染的高效催化，社会和经济效益显著。