专利名称：气－固相光催化反应过渡过程量热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种室温常压下气-固表面光催化反应过渡过程的量热装置，通过对已知初始浓度的某一气态有机物在不同反应条件下反应热的跟踪与控制、在线测量、确定其反应热和总包反应热速率，该技术适用于光催化降解挥发性有机物效果的研究和应用。
背景技术：
在固体表面进行的气-固相光催化反应动力学体系较为复杂，伴随催化剂表面进行的氧化反应和吸附、脱附过程所形成表面热源，其热扩散途径为经催化剂层的传导热和与周围空间的对流、辐射换热。目前对气-固相光催化总包反应的常规测量的化学方法需对反应气体频繁准确采样，实验操作较繁，难以获得催化剂表面的反应信息；催化剂表面的采样增加了检测的难度，限制了反应过渡过程的研究。导热式热流计是测量平面物体散热或吸热热流密度的仪表，在已知厚度和热导率的芯板两边由多支热电偶串接组成的热电堆测量芯板两面的温度差，实现热流密度的测量。
发明内容
为了实现气-固表面光催化反应过渡过程反应热的在线测量，本实用新型提供一种量热装置，相同的试验环境下，用一个箔电阻加热器跟踪并模拟反应时催化剂表面形成的热源，记录并分析过程中的箔电阻的加热功率和加热量，获得催化剂表面的反应热和总包反应热速率。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一个可封闭、侧面可以打开、水平放置的不锈钢圆筒壳体围成的空间，分为反应室和光源室两个部分。试验气体通过进气口进入反应室，也可以由注液口将液态易挥发物质注入挥发盘，配成某种浓度的试验气体。光催化反应所需光辐射由自备光源通过滤光片和扩散板均匀射入反应室内。反应室中央垂直放置一个由导热式热流计(以下简称热流计)、光催化剂膜和箔电阻膜组成的复合装置，其中光催化剂膜和箔电阻膜敷在同一个热流计的两个表面上，箔电阻膜表面涂一层抗氧化膜，其表面辐射率与光催化剂膜的表面辐射率相近，制作热流计复合装置时，热流计结构和热特性对称；热流计两侧的光催化剂膜和箔电阻膜的热阻相同，并且相对热流计的热阻足够小；使光催化剂膜和箔电阻膜对周围空间的换热条件相同。当发生光催化反应时，光催化剂膜表面形成表面热源，同时，控制箔电阻膜的加热量使热流计的输出为零。这时，光催化剂膜的表面温度与箔电阻膜的表面温度相同。记录并分析箔电阻膜的加热电量就能获得光催化剂膜表面的反应热和总包反应热速率。
反应室内的温度、湿度、压力传感器用以测量反应条件。该装置需要另外配备可控加热电源、数据采集、控制仪表。
本实用新型的有益效果是，不需采样，改换光源或不同的气态有机物质，可以进行同一种光催化剂下的不同试验；改换不同的光催化剂薄膜，也可以进行不同光源或不同的气态有机物质的试验；对气-固表面光催化反应过渡过程(通常小于30分钟)的观测尤为方便。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的第一个实施例的纵剖面构造图。
图2是图1的I-I剖视图。
图3是热流计复合装置的第一个实施例纵、平面构造图。
图4是热流计复合装置的第二个实施例纵、平面构造图。
图中1.不锈钢壳体，2.热流计复合装置，3.扩散板，4.紫外滤光片，5.遮光罩，6.温度传感器，7。湿度传感器，8.压力传感器，9.实验气体入口，10.实验气体出口，11.注液口，12.挥发盘，13.光源，14.热流计，15.热流计，16.光催化剂膜，17.箔电阻膜，18.反应室，19.光源室，20.插座，21.热流计输出端子。
在图3所示的热流计复合装置实施例中，热流计(14)的一侧表面敷光催化剂膜(16)，另一侧表面敷箔电阻膜(17)。
在图4所示的另一个热流计复合装置实施例中，(14)和(15)是指同一基板、结构和特性相同的两片热流计，其中一片热流计(14)的一侧表面敷光催化剂膜(16)，另一片热流计(15)的同侧表面敷箔电阻膜(17)。
具体实施方式
在图1中，侧面可以打开、水平放置的不锈钢圆筒壳体(1)分为反应室(18)和带扩散板(3)及紫外滤光片(4)的光源室(19)两个部分。进气口(9)、出气口(10)、注液口(11)、热流计复合装置(2)、挥发盘(12)和遮光罩(5)均设在壳体的中垂面上，导热式热流计复合装置插接在带有输出端子、位于反应室下方的插座(20)上。温度传感器(6)、湿度传感器(7)、压力传感器(8)和热流计的的输出端子(21)分别接至该装置配备的数据采集控制仪表，设定光催化剂膜表面温度高于箔电阻膜表面温度时，热流计的热流密度即输出信号为正。首先进行空白试验反应室内通入纯净的氮气，打开光源(13)，这时不发生光催化氧化反应，热流计输出应为零，但由于箔电阻膜(17)和光催化剂膜(16)的热阻及它们表面辐射率的微小差异，使热流计(14)产生不为零的输出信号，记录该信号随时间的变化。然后，排出氮气、向反应室内通入试验气体，或由注液口注入可挥发的液态物质配制成含有一定浓度挥发性有机物的空气，打开光源，发生光催化氧化反应，光催化剂膜(16)表面温度升高，热流计(14)输出电压明显增加，用该信号控制箔电阻膜(17)的加热量，使加热量与反应热产生的热效应相同。这时，对图3所示的实施例，反应过程中热流计(14)的热流密度为零；而对图4所示的另一个实施例，热流计(15)与热流计(14)的输出的热流密度值相等。利用热流计热流密度值与箔电阻膜加热功率的线性关系，将后一组试验获得的箔电阻膜加热功率扣除掉空白试验中热流计非零信号对加热功率带来的的影响，即可得到气-固表面光催化反应过渡过程的反应热以及总包反应热速率。
为了避免空气中水分相变对测量精度的影响，反应室内空气的相对湿度不要超过35％。
权利要求1.一种气-固相光催化反应过渡过程量热装置，由水平放置的不锈钢圆筒壳体的反应室和光源室组成，光源、气体进出口、注液口、挥发盘、热流计复合装置、遮光罩、以及温度、湿度和压力传感器的轴线均在壳体的中垂面上，热流计复合装置插接在带有输出端子设在反应室下方的插座上，其特征是热流计复合装置是由导热式热流计、光催化剂膜、箔电阻膜组成，其中光催化剂膜和箔电阻膜可以敷在同一热流计的两个表面上，或分别敷在同一基板、结构和特性相同的两片热流计的同侧表面上。
专利摘要一种室温常压下气－固相光催化反应过渡过程量热装置。不锈钢壳体分为反应室和光源室，辐射光经处理后进入反应室，室内设气体进出口、注液口、挥发盘、热流计复合装置、遮光罩、及温、湿度和压力传感器。热流计复合装置由导热式热流计、光催化剂膜、箔电阻膜组成，其中后两种器件可以覆在同一热流计的两个表面上，或分别覆在同一基板、结构和特性相同的两片热流计的同侧表面上。发生光催化反应时，光催化剂膜表面形成表面热源。热流计输出值经配备的可控加热电源，调节和记录箔电阻膜的加热量，使其与光催化剂膜的热效应相同，进而得到过渡过程的反应热和总包反应热速率。试验通常约30分钟，该装置可用于不同光源、催化剂和试验气体的光催化研究。
文档编号G01N25/22GK2746389SQ20042008429
公开日2005年12月14日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者徐江兴 申请人:徐江兴