一种光催化分解水制氢装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种化工实验装置，特别是涉及一种光催化分解水制氢装置。
【背景技术】
[0002]能源短缺和环境污染问题是当前阻碍人类社会与经济发展的两大瓶颈。氢是一种清洁、高效、可再生的绿色能源，其热值高且产物无污染，因此开发氢能是解决能源危机和环境问题的理想途径之一。在开发氢能的所有途径中，利用光催化分解水制氢的研宄最为广泛。光催化剂和光催化反应器是影响光催化反应效率的两大主要因素。
[0003]目前大型光催化制氢反应器通常体积庞大，有较多玻璃材质管路，成本高、占地面积大、维护困难且操作繁琐。而小型光催化制氢反应装置往往又存在诸多弊端:从反应装置光源的照射和利用方式来看，目前主要有内照射型、侧照射型和顶部照射型三种。侧照射型和顶部照射型光利用效率较低，且容易造成光污染；而内照射型光源往往散热困难。针对这个问题，专利CN201110137346采用散热板夹套光源的方式实现光源散热，该方法虽能实现对光源的降温，但由于散热板本身透光性差，使得光利用效率大大降低。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种光催化分解水制氢装置。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是:所述的一种光催化分解水制氢装置，包括主体反应器部分，所述的主体反应器部分由遮光顶板、光源、反应器和磁力搅拌装置组成，其特征在于所述的反应器由反应器顶盖和圆柱体反应槽组成，所述的反应器顶盖为石英材质，其形状为倒立帽形，其倒立帽形的帽檐上设有能直通圆柱体反应槽的排气口和安全阀，其倒立帽形的帽顶与帽身组成一类柱体凹槽，所述的遮光顶板置于反应器顶盖上面，且其外缘与反应器顶盖的外缘和圆柱体反应槽的上开口外缘紧密固定在一起；所述光源垂直置于反应器顶盖的类柱体凹槽中且其上端固定在遮光顶板的中心处，所述圆柱体反应槽内能放置有催化剂和反应液；所述的磁力搅拌装置包括置于圆柱体反应槽内的磁转子及磁力搅拌器，所述磁力搅拌器设于圆柱体反应槽的底面上，以促进催化剂与反应液充分、均匀接触。
[0006]所述的光源采用可拆卸方式安装于遮光顶板中心，所述的光源采用紫外光源或可见光光源，可根据具体实验要求便捷切换，有效实现紫外-可见光催化的装置一体化。
[0007]所述排气口与气压计或大型气体收集测量装置相连；所述安全阀连接备用气体收集袋。
[0008]所述的圆柱体反应槽的外壁涂覆反光材料，能在有效增加光源光强、提高光利用率的同时降低光污染。
[0009]所述的反应器顶盖的边缘与圆柱体反应槽的上开口边缘分别设有六个孔眼，利用衬垫和六个螺栓连接密封，能保证反应器在反应时的高气密性，且便于拆卸清洗。
[0010]所述的圆柱体反应槽的外壁上设有冷凝器，冷凝器设有冷凝液进液口和冷凝液出液口，冷凝液从冷凝器的冷凝液进液口进入后从冷凝液出液口出来。
[0011]在光源外罩有U型带孔石英管，U型带孔石英管的上部固定于遮光顶板上，U型带孔石英管与光源为平行设置，U型带孔石英管的两端开口分别是U型带孔石英管一端口和U型带孔石英管另一端口，U型带孔石英管一端口连接通气泵，通气泵将空气从U型带孔石英管一端口灌入，使空气沿U型带孔石英管流通并从U型带孔石英管的孔洞散出，最后从U型带孔石英管另一端口出来，冷凝层可直接利用自来水作为冷凝液以实现对主体反应器的降温，确保光催化反应在特定温度下进行，即可对光源进行降温。
[0012]所述的气体收集和测量部分分为两个管路，其中管路一由排气口接出，与气压计或大型气体收集测量装置(如气相色谱)相连，主要用于产气的测量与收集，所述的气压计为填充有汞液的U型管，汞液两端采用水层密封，防止汞液挥发；管路二由安全阀接出，连接备用气体收集袋，用于气压超限时多余气体的收集。
[0013]按照上述结构，使用时，(I)称取一定量催化剂，将催化剂、磁转子及反应液置于圆柱体反应槽中；(2)采用类法兰连接，将反应器顶盖与圆柱体反应槽密封连接；(3)将反应装置组装完毕并检查其气密性；(4)开启冷凝液循环及通气泵；(5)开启磁力搅拌器，调节转速，使催化剂与反应液均匀混合；(6)将安装好光源和U型带孔石英管的遮光顶板置于反应器顶盖的类柱体凹槽上，接通电源；(7)反应进行一定时间后，通过气压计或大型气体收集测量装置(如气相色谱)计算产气量及产气速率。
[0014]本实用新型的有益效果为:本实用新型采用U型带孔石英管，利用通气泵将空气从U型带孔石英管一端灌入，使空气沿管流通并从孔洞散出，从而实现对光源的降温。由于石英管本身透光性好，因此在对光源降温的同时并未对光利用效率造成大的影响。此外，采用U型带孔石英管降温无需耗电，节能环保。在光能利用方面，本实用新型通过在圆柱体反应槽外壁涂覆反光材料，有效增加光源光强、提高光利用率的同时降低光污染。在光源切换方面，本实用新型的光源安装于遮光顶板上，与主反应器分离，且采用可拆卸的安装方式，能便捷切换紫外、可见光源，实现紫外-可见光催化的装置一体化。
[0015]此外，本实用新型在提升光催化装置的安全稳定性方面也进行了诸多改进。良好的气密性，是保障光催化制氢装置能够安全稳定运行的关键，本实用新型采用类法兰连接的方式密封反应器顶盖与圆柱体反应槽，为反应装置的高气密性提供了保障。此外，本装置气体收集和测量部分分为两个管路，其中管路一由排气口接出，与气压计或大型气体收集测量装置(如气相色谱)相连，主要用于产气的测量与收集；管路二由安全阀接出，连接备用气体收集袋，用于气压超限时多余气体的收集，保障反应器安全稳定。
[0016]本实用新型所述的光催化分解水制氢装置轻巧便捷，操作简易，安全稳定且节能尚效。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型所述的光催化分解水制氢装置主体反应器部分及冷凝处理部分的剖面图；
[0018]图1中，I是磁力搅拌器，2是冷凝液出液口，3是法兰式连接对应的螺栓，4是法兰式连接对应的衬垫，5是安全阀，6是遮光顶板，7是U型带孔石英管，8是光源(含灯座)，9是排气口，10是反应器顶盖，11是圆柱体反应槽，12是冷凝器，13是冷凝液进液口，14是U型带孔石英管一端口，15是U型带孔石英管另一端口，16是类柱体凹槽。
[0019]图2是图1的俯视图；
[0020]图2中，3是法兰式连接对应的螺栓，5是安全阀，6是遮光顶板，8是光源(含灯座)，9是排气口，14是U型带孔石英管一端口，15是U型带孔石英管另一端口。
[0021]图3是本实用新型所述的光催化分解水制氢装置的U型带孔石英管结构示意图。
[0022]图4是本实用新型所述的光催化分解水制氢装置的光源结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型所述的一种光催化分解水制氢装置由主体反应器部分、冷却处理部分及气体收集和测量部分组成，
[0024]I)所述的主体反应器部分:由遮光顶板6与光源8、反应器、磁力搅拌装置三个部分组成。所述的遮光顶板6采用不透光耐高温的聚酰亚胺材质，所述的光源8安装于遮光顶板6的中心处，采用可拆卸内置方式，