专利名称：一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置及采用其进行制氢性能评价的方法
技术领域：
本发明涉及一种光催化剂制氢性能评价的装置及评价方法。
背景技术：
在光催化制氢领域，涉及到对某一确定的催化剂进行各种定量的科学研究，希望 寻找到催化剂的优化条件或者发现其内在的科学规律，传统上人们对多种催化剂的筛选或 对某一确定的催化剂进行定量的科学研究是在一个反应器中进行的，传通的光催化剂反应 器虽然有效，但还存在以下的问题1、效率低，由于一个反应器只能对一种催化剂在一种反应体系进行活性评价，因 此对多种催化剂或者某一催化剂在不同反应体系的活性评价会是一个费时的工作。2、重现性较差，尤其是某一种催化活性由于反应条件改变而发生微小变化时，多 次操作所带来的温度，搅拌速度，灯光等扰动因素的影响，随着能源问题的日益紧迫，光催 化制氢领域无论是多种催化剂的大规模筛选还是单个催化剂的基础科学研究迫切需要一 种高效率高重现性的评价装置。中国申请专利《一种光催化制氢性能快速评价的多通道反应装置》(申请号为 200710099875. 1)报道了一种多通道光催化剂筛选的装置，该装置在管式光源的勻速旋转 上采用了石墨电刷的设计，有效的避免了光源在旋转时电源线的绞合。并且光源的旋转和 磁力搅拌器的旋转可以由调速器进行控制，气体检测系统由六通阀或者四通阀控制的不锈 钢管或玻璃管作为采样管，实现色谱的在线检测。但是该装置过于繁琐，要求反应器开口部 分与光反应器紧密连接(由于反应器内的容积有限，如果气体产生较多的话，会把盖子顶 开)，需要抽真空的装置，要实现对气体的在线检测对反应器制备要求高。也就是说这中装 置的材料成本和加工成本比较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有光催化制氢性能评价的多通道反应装置结构复 杂，组装费时，成本高和不易实现的问题。本发明提供了一种光催化剂制氢性能评价的多通 道反应简易装置及其评价方法。本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，由光源和均勻分布在光 源周围的4 8个反应系统组成，其中反应系统由两部分组成，其一是由石英反应器、储 气装置、气路循环装置、第一阀、第二阀、第三阀、密封胶塞、第一出气管、第一进气管、第二 出气管、第二进气管和连接以上各部件的第一胶管、第二胶管和第三胶管组成的密闭循环 回路，其二是磁力搅拌器；其中，石英反应器正对光源，石英反应器和光源的距离为10 20cm，储气装置上密封固定有第二出气管和第二进气管；石英反应器由密封胶塞密封，第一 出气管和第一进气管密封固定在密封胶塞内部，第一进气管的端口位于距离石英反应器的 底部5 IOmm处，第一出气管通过第三胶管与第二进气管连通，第二出气管与气路循环装置的进气端通过第二胶管连通，气路循环装置的出气端通过第一胶管与第一进气管连通； 第一阀设置在第一胶管上，第二阀设置在第二胶管上，第三阀设置在第三胶管上，石英反应 器置于磁力搅拌器上；所述气路循环装置为与玻璃三通固定密封连通的注射器或者电动抽 气泵，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口分别与第二胶管和第三胶管连通。所述光源为紫外灯或者氙灯；其中紫外灯的功率为125 250W，氙灯的功率为 250 500W。所述石英反应器可以用于进行粉末状态光催化剂制氢性能，也可以用于进行 固定化光催化剂制氢性能。当用于固定化光催化剂制氢性能评价时，只要在石英反应器内 放置一个固定固定化光催化剂的样品架即可。所述储气装置为容积在500mL以上的容器即可，起到储存氢气的作用的同时，还 起到稀释氢气的作用，使每次抽取检测气体样品时，抽取的气体量相对反应系统内的氢气 总量来说，微乎其微，不会影响反应系统内氢气的浓度。储气装置的引入解决了现有光催 化剂制氢性能评价的装置因反应器内空间狭小，产生的氢气聚集在反应器内，每抽取一次 用于检测的气体，均会使氢气的含量产生很大的变化，大量减少，从而影响接下来的氢气含 量的检测，导致出现光催化反应时间越长，检测的氢气量反而变少的现象，使检测结果不准 确。本发明利用气路循环装置可以将石英反应器中光催化产生的气体在整个反应系统中混 合均勻，使得在反应系统中的任何位置取气检测都不会影响检测结果，提高检测结果的可 对比性及可信度。所述气路循环装置是抽气泵或者注射器，气路循环装置的作用是使反应系统内各 处的氢气浓度均勻一致；控制电动抽气泵的排气量为300 600mL/min ；注射器是与玻璃三 通固定密封连通的注射器，其中注射器通过玻璃三通的另外两个端口分别与第一胶管和第 二胶管密封连通，注射器的容积为50 100mL。本发明采用市面上极易购买到，并且价格低 廉的注射器与玻璃三通作为气路循环装置，其设计极为巧妙，是本发明的一个亮点。所述第一阀、第二阀和第三阀的作用是在取检测气体时保证氢气浓度不变化，保 证被检测气体中氢气含量与光催化制氢时间的高度对应一致。第一阀和第二阀需尽可能的 设置在靠近气路循环装置的两端口位置上，避免在将气路循环装置组装至充满氮气的反应 系统时，引入过多的空气，影响光催化剂的催化活性。所述磁力搅拌器的作用是将石英反应器中的反应体系搅拌均勻，保证粉末状光催 化剂均勻悬浮在目标溶液中，保证光催化剂充分吸收光线，起到更好的催化作用。当光催化 剂为固定化光催化剂时，可以将磁力搅拌器去掉。采用本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢性能评价 的方法为一、将光催化剂及被催化还原的目标溶液放置入石英反应器中，并用密封塞密 封，然后将设置有第三阀的第三胶管的一端与第一出气管密封连通，第三胶管的另一端口 与储气装置的第二进气管密封连通，然后将设置有第二阀的第二胶管的一端与储气装置的 第二出气管密封连通，再将设置有第一阀的第一胶管的一端与第一进气管密封连通，然后 保持第一阀、第二阀和第三阀为打开状态，然后通过第一胶管的另一端口向第一胶管持续 通入氮气10 20min，然后将第一阀和第二阀关闭，再将气路循环装置的进气端与第二胶 管的另一端口密封连通，气路循环装置的出气端与第一胶管的另一端口密封连通，组装得 到反应系统，所述气路循环装置为电动抽气泵；二、按步骤一所述的操作步骤组装好4 8 个反应系统，然后将4 8个组装好的反应系统均勻分布放置在光源周围，其中石英反应器
6正对光源，石英反应器和光源的距离为10 20cm ；三、开启光源，启动气路循环装置电动抽 气泵，进行光催化制氢反应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测；其中定期 取检测气体样品的方法是每隔0. 5 1个小时，用5mL的注射器在每个储气装置的第二进 气管处的第三胶管上取气体样品即可，即完成光催化剂制氢性能的评价。上述采用电动抽气泵作为气路循环装置的制氢性能评价的方法中步骤三中定期 取检测气体样品的方法还可以操作如下每隔0. 5 1个小时，将气路循环装置电动抽气泵 关闭，然后将每个反应系统的第二阀和第三阀关闭，然后用5mL的注射器依次在每个储气 装置的第二进气管处的第三胶管上取气体样品，取完后将第二阀和第三阀打开，再启动气 路循环装置电动抽气泵即可。采用光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢性能评价的方法为 一、将光催化剂及被催化还原的目标溶液放置入石英反应器中，并用密封塞密封，然后将设 置有第三阀的第三胶管的一端与第一出气管密封连通，第三胶管的另一端口与储气装置的 第二进气管密封连通，然后将设置有第二阀的第二胶管的一端与储气装置的第二出气管 密封连通，再将设置有第一阀的第一胶管的一端与第一进气管密封连通，然后保持第一阀、 第二阀和第三阀为打开状态，然后通过第一胶管的另一端口向第一胶管中持续通入氮气 10 20min，然后将第一阀和第二阀关闭，将气路循环装置的两端口分别与第二胶管的另 一端口和第一胶管的另一端口密封连通，组装得到反应系统，所述气路循环装置为与玻璃 三通固定密封连通的注射器，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口分别与第二胶管和第 三胶管密封连通，注射器中活塞位于零刻度处；二、按步骤一所述的操作步骤组装好4 8 个反应系统，然后将4 8个组装好的反应系统均勻分布放置在光源周围，其中石英反应器 正对光源，石英反应器和光源的距离为10 20cm;三、开启光源，进行光催化制氢反应，然 后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测；其中定期取检测样品前10 15min将每 个反应系统内的氢气浓度混合均勻，具体操作方法为a、将第一阀关闭，将气路循环装置注 射器由零刻度拉至50mL刻度处，然后将第一阀打开，再将第二阀关闭，再将气路循环装置 的注射器推至零刻度处，完成一个反应系统的一个循环；b、按照上述步骤a的操作依次将 其余的反应系统完成一个循环，此时完成一个大循环，然后重复操作完成4 8个大循环， 即完成反应系统内的氢气浓度的混合均勻；其中定期取检测气体样品的方法是每隔0. 5 1个小时，用5mL的注射器在每个储气装置的第二进气管处的第三胶管上取气体样品即可， 即完成光催化剂制氢性能的评价。上述采用与玻璃三通固定密封连通的注射器作为气路循环装置的制氢性能评价 的方法中步骤三中定期取检测气体样品的方法还可以按如下步骤操作每隔0. 5 1个小 时，将每个反应系统的第二阀和第三阀关闭，然后用5mL的注射器依次在每个储气装置的 第二进气管处的第三胶管上取气体样品，取完后将第二阀和第三阀打开即可。本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置简单，组装简易，可操作 性强，而且不需要复杂的零部件，各零部件容易得到，价格低廉，生产成本低。本发明的多通 道反应简易装置与氢气检测装置(气相色谱仪)分离，占地少，有利于节约空间。采用本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行光催化剂制氢 性能评价的检测结果可信，同组实验数据的可比性强。本发明利用气相色谱仪检测得到的样品中的氢气的浓度(Ch2)即为反应系统中氢气的浓度，则对应的采样时间的产氢量(用L表示)为L =，其中N反应系统为&
应系统密闭空间的体积。在实际操作中，由于反应系统中，与储气装置的容积积相比，石英 反应器、气路循环装置、第一胶管、第二胶管和第三胶管的容积可以忽略不计，因MVfisius
^ V储气装置。
图1是本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置的示意图；图2是 本发明的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置中反应系统的结构简图；图3是具 体实施方式八的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置中反应系统的结构简图；图 4是具体实施方式
十七的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置的示意图；图5是具体实施方式
十七的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置中反应系统的结构简 图；图6是具体实施方式
十八中纳米TiO2薄膜光催化剂的光催化反应时间-产氢量关系柱 状图；图7是具体实施方式
十八中纳米TiO2薄膜光催化剂光催化反应3h时的产氢量关系 图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置由 光源1和均勻分布在光源1周围的4 8个反应系统2组成，其中反应系统2由两部分组 成，其一是由石英反应器2-1、储气装置2-2、气路循环装置2-3、第一阀2-4、第二阀2_5、第 三阀2-6、密封胶塞2-11、第一出气管2-12、第一进气管2-13、第二出气管2-14、第二进气管 2-15和连接以上各部件的第一胶管2-7、第二胶管2-8和第三胶管2-9组成的密闭循环回 路，其二是磁力搅拌器2-10 ；其中，石英反应器2-1正对光源1，石英反应器2-1和光源1的 距离为10 20cm，储气装置2-2上密封固定有第二出气管2_14和第二进气管2_15 ；石英反 应器2-1由密封胶塞2-11密封，第一出气管2-12和第一进气管2-13密封固定在密封胶塞 2-11内部，第一进气管2-13的端口位于距离石英反应器2-1的底部5 IOmm处，第一出气 管2-12通过第三胶管2-9与第二进气管2-15连通，第二出气管2_14与气路循环装置2_3 的进气端通过第二胶管2-8连通，气路循环装置2-3的出气端通过第一胶管2-7与第一进 气管2-13连通；第一阀2-4设置在第一胶管2-7上，第二阀2-5设置在第二胶管2_8上，第 三阀2-6设置在第三胶管2-9上，反应器2-1置于磁力搅拌器2-10上；所述气路循环装置 2-3为与玻璃三通固定密封连通的注射器或者电动抽气泵，其中，注射器通过玻璃三通的两 个端口分别与第二胶管2-8和第三胶管2-9连通。本实施方式的多通道反应简易装置的简单示意图如图1所示。反应系统2均勻分 布在光源1的周围，根据具体试验需要，可以均勻放置4 8个反应系统2。本实施方式的 反应系统2的结构简图如图2所示。本实施方式的多通道反应简易装置简单，组装简易，而且不需要复杂的零部件，各 零部件容易得到，价格低廉，生产成本低。同时多通道反应简易装置体积小，占地少，有利于 节约空间。
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具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是光源1为紫外灯或者氙 灯；其中紫外灯的功率为125 250W，氙灯的功率为250 500W。其它参数与具体实施方 式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是储气装置2-2为容 积在500mL以上的容器。其它参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是储气装置2-2为容 积在IL的三口烧瓶。其它参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是石英反应器 2-1和光源1的距离为15cm。其它参数与具体实施方式
一至四之一相同。本实施方式中光源1与反应系统2的距离大小会在一定程度上影响光催化剂制氢 的产氢量，距离太远，光线至反应器2-1时强度已经很弱。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的是第一进气管 2-13的端口位于距离石英反应器2-1的底部8mm处。其它参数与具体实施方式
一至五之一 相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是气路循环装置 2-3为电动抽气泵，控制电动抽气泵的排气量为300 600mL/min。其它参数与具体实施方 式一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是气路循环装置 2-3为与玻璃三通固定密封连通的注射器，其中注射器的容积为50 100mL。其它参数与具体实施方式
一至六之一相同。本实施方式中注射器与玻璃三通的固定密封连通方式是将注射器的注射端与玻 璃三通的其中任一端口固定密封连通即可，固定密封方式可以通过胶粘剂粘结在一起，也 可以机械固定密封，只要实现固定密封即可。本实施方式的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置如图3所示，注射器 2-3的活塞放置在零刻度线处。本实施方式的多通道反应简易装置中注射器更简单易得，价 格低廉，成本低，避免了因电动抽气泵因使用寿命而定期更换的费用问题，更实用，耗能低。 而且能起到与电动抽气泵一样的气路循环作用。本实施方式采用市面上极易购买到，并且价格低廉的注射器与玻璃三通作为气路 循环装置，其设计极为巧妙，是本发明的一个亮点。
具体实施方式
九本实施方式采用具体实施方式
一所述的光催化剂制氢性能评价 的多通道反应简易装置的评价方法，是通过以下步骤实现的一、将光催化剂及被催化还原 的目标溶液放置入石英反应器2-1中，并用密封塞2-11密封，然后将设置有第三阀2-6的 第三胶管2-9的一端与第一出气管2-12密封连通，第三胶管2-9的另一端口与储气装置 2-2的第二进气管2-15密封连通，然后将设置有第二阀2-5的第二胶管2-8的一端与储气 装置2-2的第二出气管2-14密封连通，再将设置有第一阀2-4的第一胶管2-7的一端与第 一进气管2-13密封连通，然后保持第一阀2-4、第二阀2-5和第三阀2-6为打开状态，然后 通过第一胶管2-7的另一端口向第一胶管2-7持续通入氮气10 20min，然后将第一阀2_4 和第二阀2-5关闭，再将气路循环装置2-3的进气端与第二胶管2-8的另一端口密封连通， 气路循环装置2-3的出气端与第一胶管2-7的另一端口密封连通，组装得到反应系统2，所
9述气路循环装置2-3为电动抽气泵；二、按步骤一所述的操作步骤组装好4 8个反应系统 2，然后将4 8个组装好的反应系统2均勻分布放置在光源1周围，其中石英反应器2-1正 对光源1，石英反应器2-1和光源1的距离为10 20cm ；三、开启光源1，启动气路循环装置 电动抽气泵2-3，进行光催化制氢反应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测； 其中定期取检测气体样品的方法是每隔0. 5 1个小时，用5mL的注射器在每个储气装置 2-2的第二进气管2-15处的第三胶管2-9上取气体样品即可，即完成光催化剂制氢性能的 评价。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
九不同的是步骤三中定期取检测气 体样品的方法还可以操作如下每隔0. 5 1个小时，将气路循环装置电动抽气泵2-3关 闭，然后将每个反应系统2的第二阀2-5和第三阀2-6关闭，然后用5mL的注射器依次在每 个储气装置2-2的第二进气管2-15处的第三胶管2-9上取气体样品，取完后将第二阀2-5 和第三阀2-6打开，再启动气路循环装置电动抽气泵2-3即可。其它步骤及参数与具体实 施方式九相同。本实施方式中在取检测气体样品前，同时将每个反应系统2的第二阀2-5和第三 阀2-6关闭，目的是保证被检测气体中氢气含量与光催化制氢反应时间的高度对应一致 性，防止后来产生的氢气进入储气装置。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
九或十不同的是步骤一中的气路 循环装置电动抽气泵2-3的排气量为300 600mL/min。其它步骤及参数与具体实施方式
九或十相同。
具体实施方式
十二 本实施方式采用具体实施方式
一所述的光催化剂制氢性能评 价的多通道反应简易装置的评价方法，是通过以下步骤实现的一、将光催化剂及被催化还 原的目标溶液放置入石英反应器2-1中，并用密封塞2-11密封，然后将设置有第三阀2-6 的第三胶管2-9的一端与第一出气管2-12密封连通，第三胶管2-9的另一端口与储气装置 2-2的第二进气管2-15密封连通，然后将设置有第二阀2-5的第二胶管2-8的一端与储气 装置2-2的第二出气管2-14密封连通，再将设置有第一阀2-4的第一胶管2-7的一端与第 一进气管2-13密封连通，然后保持第一阀2-4、第二阀2-5和第三阀2-6为打开状态，然后 通过第一胶管2-7的另一端口向第一胶管2-7中持续通入氮气10 20min，然后将第一阀 2-4和第二阀2-5关闭，将气路循环装置2-3的两端口分别与第二胶管2-8的另一端口和第 一胶管2-7的另一端口密封连通，组装得到反应系统2，所述气路循环装置2-3为与玻璃三 通固定密封连通的注射器，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口分别与第二胶管2-8和 第三胶管2-9密封连通，注射器中活塞位于零刻度处；二、按步骤一所述的操作步骤组装好 4 8个反应系统2，然后将4 8个组装好的反应系统2均勻分布放置在光源1周围，其 中石英反应器2-1正对光源1，石英反应器2-1和光源1的距离为10 20cm ；三、开启光源 1，进行光催化制氢反应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测；其中定期取检 测样品前10 15min将每个反应系统2内的氢气浓度混合均勻，具体操作方法为a、将第 一阀2-4关闭，将气路循环装置中的注射器2-3由零刻度拉至50mL刻度处，然后将第一阀 2-4打开，再将第二阀2-5关闭，再将气路循环装置注射器2-3推至零刻度处，完成一个反应 系统2的一个循环；b、按照上述步骤a的操作依次将其余的反应系统2完成一个循环，此时 完成一个大循环，然后重复操作完成4 8个大循环，即完成反应系统2内的氢气浓度的混合均勻；其中定期取检测气体样品的方法是每隔0. 5 1个小时，用5mL的注射器在每个储 气装置2-2的第二进气管2-15处的第三胶管2-9上取气体样品即可，即完成光催化剂制氢 性能的评价。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
十二不同的是步骤三中定期取检 测气体样品的方法还可以按如下步骤操作每隔0. 5 1个小时，将每个反应系统2的第 二阀2-5和第三阀2-6关闭，然后用5mL的注射器依次在每个储气装置2_2的第二进气管 2-15处的第三胶管2-9上取气体样品，取完后将第二阀2-5和第三阀2-6打开即可。其它 步骤及参数与具体实施方式
十二相同。本实施方式中在取检测气体样品前，同时将每个反应系统2的第二阀2-5和第三 阀2-6关闭，目的是保证被检测气体中氢气含量与光催化制氢反应时间的高度对应一致 性，防止后来产生的氢气进入储气装置。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
十二或者十三不同的是步骤一中 的与玻璃三通固定密封连通的注射器的气路循环装置2-3中注射器的容积为50 100mL。 其它步骤及参数与具体实施方式
十二或者十三相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
九至十四之一不同的是步骤二中 按步骤一所述的操作组装好6个反应系统2，然后将6个组装好的反应系统2均勻分布放置 在光源1周围。其它步骤及参数与具体实施方式
九至十四之一相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
九至十五之一不同的是步骤二中 石英反应器2-1和光源1的距离为15cm。其它步骤及参数与具体实施方式
九至十五之一相 同。
具体实施方式
十七本实施方式的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置 由氙灯光源1和均勻分布在氙灯光源1周围的6个反应系统2组成，其中反应系统2由两 部分组成，其一是由石英反应器2-1、三口烧瓶2-2、气路循环装置2-3、第一阀2-4、第二阀 2-5、第三阀2-6、密封胶塞2-11、第一出气管2-12、第一进气管2-13、第二出气管2-14、第二 进气管2-15和连接以上各部件的第一胶管2-7、第二胶管2-8和第三胶管2-9组成的密闭 循环回路，其二是磁力搅拌器2-10 ；其中，石英反应器2-1正对氙灯光源1，石英反应器2-1 和氙灯光源1的距离为15cm，三口烧瓶2-2上密封固定有第二出气管2_14和第二进气管 2-15 ；石英反应器2-1由密封胶塞2-11密封，第一出气管2-12和第一进气管2_13密封固 定在密封胶塞2-11内部，第一进气管2-13的端口位于距离石英反应器2-1的底部8mm处， 第一出气管2-12通过第三胶管2-9与第二进气管2-15连通，第二出气管2_14与气路循环 装置2-3的进气端通过第二胶管2-8连通，气路循环装置2-3的出气端通过第一胶管2-7 与第一进气管2-13连通；第一阀2-4设置在第一胶管2-7上，第二阀2-5设置在第二胶管 2-8上，第三阀2-6设置在第三胶管2-9上，反应器2-1置于磁力搅拌器2_10上；所述气路 循环装置2-3为与玻璃三通固定密封连通的注射器，注射器通过玻璃三通的两个端口分别 与第二胶管2-8和第三胶管2-9连通；所述三口烧瓶2-2的容积为1L。本实施方式的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置的示意图如图4所 示，图中有6个反应系统2，分别标记为“ I、II、III、IV、V*VT’。本实施方式的光催化剂制 氢性能评价的多通道反应简易装置的反应系统2的结构简图如图5所示。本实施方式中装 置在未进行光催化剂制氢性能评价前，气路循环装置的注射器2-3的活塞处在零刻度处。
本实施方式的气路循环装置的注射器2-3是容积为50mL的注射器。
具体实施方式
十八本实施方式采用具体实施方式
十七所述的光催化剂制氢性能 评价的多通道反应简易装置进行制氢性能评价的方法为一、将纳米TiO2薄膜光催化剂及 被催化还原的目标溶液放置入石英反应器2-1中，并用密封塞2-11密封，然后将设置有第 三阀2-6的第三胶管2-9的一端与第一出气管2-12密封连通，第三胶管2-9的另一端口与 储气装置2-2的第二进气管2-15密封连通，然后将设置有第二阀2-5的第二胶管2-8的一 端与储气装置2-2的第二出气管2-14密封连通，再将设置有第一阀2-4的第一胶管2-7的 一端与第一进气管2-13密封连通，然后保持第一阀2-4、第二阀2-5和第三阀2-6为打开状 态，然后通过第一胶管2-7的另一端口向第一胶管2-7中持续通入氮气10 20min，然后将 第一阀2-4和第二阀2-5关闭，将气路循环装置2-3的两端口分别与第二胶管2-8的另一 端口和第一胶管2-7的另一端口密封连通，组装得到反应系统2，所述气路循环装置2-3为 与玻璃三通固定密封连通的注射器，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口分别与第二胶 管2-8和第三胶管2-9密封连通，注射器中活塞位于零刻度处；二、按步骤一所述的操作步 骤组装好6个反应系统2，然后将6个组装好的反应系统2均勻分布放置在氙灯光源1周 围，其中石英反应器2-1正对氙灯光源1，石英反应器2-1和氙灯光源1的距离为15cm ；三、 开启氙灯光源1，进行光催化制氢反应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测； 其中定期取检测样品前15min将每个反应系统2内的氢气浓度混合均勻，具体操作方法为 a、将第一阀2-4关闭，将气路循环装置中的注射器2-3由零刻度拉至50mL刻度处，然后将 第一阀2-4打开，再将第二阀2-5关闭，再将气路循环装置注射器2-3推至零刻度处，完成 一个反应系统2的一个循环；b、按照上述步骤a的操作依次将其余的反应系统2完成一个 循环，此时完成一个大循环，然后重复操作完成4 8个大循环，即完成反应系统2内的氢 气浓度的混合均勻；其中定期取检测气体样品的方法是每隔1个小时，用5mL的注射器在每 个储气装置2-2的第二进气管2-15处的第三胶管2-9上取气体样品即可，即完成光催化剂 制氢性能的评价。本实施方式中步骤一中纳米TiO2薄膜光催化剂的制备方法为采用阳极氧化方 法，在电解液组成为5 6g/L的NaF和体积浓度为2% 5%的H3PO4溶液的电解液中，在 20V电压下恒压阳极氧化30min，得到的纳米管结构的纳米TiO2薄膜光催化剂。步骤一中 被催化还原的目标溶液为50mL的0. ImoVLNa2S和0. 02mol/LNa2S03的水溶液，纳米TiO2薄 膜光催化剂的面积为2. 5cmX4cm ；本实施方式采用平行实验的方法，来评价具体实施方式
十七的光催化剂制氢性能 评价的多通道反应简易装置的可靠性，本实施方式将6个具有相同面积的相同催化性能的 纳米TiO2薄膜光催化剂分别置于6个反应系统2中，进行平行实验，并对各反应系统2中 光催化制氢反应进行lh、2h和3h时的产氢量进行了检测，检测结果如图6所示。由图6可 见，各反应系统2中分别对应的lh、2h和3h时的产氢量基本相同，说明具体实施方式
十七 的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置的可靠性良好。本实施方式对标号为II的反应系统2，在光催化制氢反应进行3h时，连续分别抽 取3个检测气体样品，用于测试此时反应系统2中的氢气含量，其检测结果如图7所示。由 图7可见，容积IL的三口烧瓶储气装置2-2，起到储存氢气的作用的同时，还起到稀释氢气 的作用，使每次抽取检测气体样品时，抽取的气体量相对反应系统内的氢气总量来说，微乎
12其微，不会影响反应系统内氢气的浓度即对应反应系统中的含氢量。储气装置的引入解决 了现有光催化剂制氢性能评价的装置因反应器内空间狭小，产生的氢气聚集在反应器内， 每抽取一次用于检测的气体，均会使氢气的含量产生很大的变化，大量减少，从而影响接下 来的氢气含量的检测，导致出现光催化反应时间越长，检测的氢气量反而变少的现象，使检 测结果不准确。
1权利要求
一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，由光源(1)和均匀分布在光源(1)周围的4～8个反应系统(2)组成，其特征在于反应系统(2)由两部分组成，其一是由石英反应器(2 1)、储气装置(2 2)、气路循环装置(2 3)、第一阀(2 4)、第二阀(2 5)、第三阀(2 6)、密封胶塞(2 11)、第一出气管(2 12)、第一进气管(2 13)、第二出气管(2 14)、第二进气管(2 15)和连接以上各部件的第一胶管(2 7)、第二胶管(2 8)和第三胶管(2 9)组成的密闭循环回路，其二是磁力搅拌器(2 10)；其中，石英反应器(2 1)正对光源(1)，石英反应器(2 1)和光源(1)的距离为10～20cm，储气装置(2 2)上密封固定有第二出气管(2 14)和第二进气管(2 15)；石英反应器(2 1)由密封胶塞(2 11)密封，第一出气管(2 12)和第一进气管(2 13)密封固定在密封胶塞(2 11)内部，第一进气管(2 13)的端口位于距离石英反应器(2 1)的底部5～10mm处，第一出气管(2 12)通过第三胶管(2 9)与第二进气管(2 15)连通，第二出气管(2 14)与气路循环装置(2 3)的进气端通过第二胶管(2 8)连通，气路循环装置(2 3)的出气端通过第一胶管(2 7)与第一进气管(2 13)连通；第一阀(2 4)设置在第一胶管(2 7)上，第二阀(2 5)设置在第二胶管(2 8)上，第三阀(2 6)设置在第三胶管(2 9)上，反应器(2 1)置于磁力搅拌器(2 10)上；所述气路循环装置(2 3)为与玻璃三通固定密封连通的注射器或者电动抽气泵，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口分别与第二胶管(2 8)和第三胶管(2 9)连通。
2.根据权利要求1所述的一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，其特征 在于光源(1)为紫外灯或者氙灯；其中紫外灯的功率为125 250W，氙灯的功率为250 500W。
3.根据权利要求1或2所述的一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，其 特征在于储气装置(2-2)为容积在500mL以上的容器。
4.根据权利要求3所述的一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，其特征 在于石英反应器(2-1)和光源(1)的距离为15cm。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置， 其特征在于第一进气管(2-13)的端口位于距离石英反应器(2-1)的底部8mm处。
6.根据权利要求5所述的一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置，其特征 在于气路循环装置(2-3)为电动抽气泵，控制电动抽气泵的排气量为300 600mL/min。
7.如采用权利要求1所述的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢 性能评价的方法，其特征在于采用光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢 性能评价的方法为一、将光催化剂及被催化还原的目标溶液放置入石英反应器(2-1)中， 并用密封塞(2-11)密封，然后将设置有第三阀(2-6)的第三胶管(2-9)的一端与第一出气 管(2-12)密封连通，第三胶管(2-9)的另一端口与储气装置(2-2)的第二进气管(2-15) 密封连通，然后将设置有第二阀(2-5)的第二胶管(2-8)的一端与储气装置(2-2)的第二 出气管(2-14)密封连通，再将设置有第一阀(2-4)的第一胶管(2-7)的一端与第一进气管 (2-13)密封连通，然后保持第一阀(2-4)、第二阀(2-5)和第三阀(2-6)为打开状态，然后 通过第一胶管(2-7)的另一端口向第一胶管(2-7)持续通入氮气10 20min，然后将第一 阀(2-4)和第二阀(2-5)关闭，再将气路循环装置(2-3)的进气端与第二胶管(2-8)的另 一端口密封连通，气路循环装置(2-3)的出气端与第一胶管(2-7)的另一端口密封连通，组 装得到反应系统(2)，所述气路循环装置(2-3)为电动抽气泵；二、按步骤一所述的操作步骤组装好4 8个反应系统(2)，然后将4 8个组装好的反应系统(2)均勻分布放置在 光源(1)周围，其中石英反应器(2-1)正对光源(1)，石英反应器(2-1)和光源(1)的距离 为10 20cm;三、开启光源(1)，启动气路循环装置电动抽气泵(2-3)，进行光催化制氢反 应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测；其中定期取检测气体样品的方法是 每隔0. 5 1个小时，用5mL的注射器在每个储气装置(2-2)的第二进气管(2_15)处的第 三胶管(2-9)上取气体样品即可，即完成光催化剂制氢性能的评价。
8.根据权利要求7所述的采用光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制 氢性能评价的方法，其特征在于步骤三中定期取检测气体样品的方法为每隔0. 5 1个小 时，将气路循环装置电动抽气泵(2-3)关闭，然后将每个反应系统(2)的第二阀(2-5)和第 三阀(2-6)关闭，然后用5mL的注射器依次在每个储气装置(2-2)的第二进气管(2_15)处 的第三胶管(2-9)上取气体样品，取完后将第二阀(2-5)和第三阀(2-6)打开，再启动气路 循环装置电动抽气泵(2-3)即可。
9.如采用权利要求1所述的光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢 性能评价的方法，其特征在于采用光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制氢 性能评价的方法为一、将光催化剂及被催化还原的目标溶液放置入石英反应器(2-1)中， 并用密封塞(2-11)密封，然后将设置有第三阀(2-6)的第三胶管(2-9)的一端与第一出气 管(2-12)密封连通，第三胶管(2-9)的另一端口与储气装置(2-2)的第二进气管(2-15) 密封连通，然后将设置有第二阀(2-5)的第二胶管(2-8)的一端与储气装置(2-2)的第二 出气管(2-14)密封连通，再将设置有第一阀(2-4)的第一胶管(2-7)的一端与第一进气管 (2-13)密封连通，然后保持第一阀(2-4)、第二阀(2-5)和第三阀(2-6)为打开状态，然后 通过第一胶管(2-7)的另一端口向第一胶管(2-7)中持续通入氮气10 20min，然后将第 一阀(2-4)和第二阀(2-5)关闭，将气路循环装置(2-3)的两端口分别与第二胶管(2-8) 的另一端口和第一胶管(2-7)的另一端口密封连通，组装得到反应系统(2)，所述气路循环 装置(2-3)为与玻璃三通固定密封连通的注射器，其中，注射器通过玻璃三通的两个端口 分别与第二胶管(2-8)和第三胶管(2-9)密封连通，注射器中活塞位于零刻度处；二、按步 骤一所述的操作步骤组装好4 8个反应系统(2)，然后将4 8个组装好的反应系统(2) 均勻分布放置在光源(1)周围，其中石英反应器(2-1)正对光源(1)，石英反应器(2-1)和 光源(1)的距离为10 20cm;三、开启光源(1)，启动气路循环装置电动抽气泵(2-3)，进 行光催化制氢反应，然后定期取检测气体样品，进行气相色谱谱图检测；其中定期取检测样 品前10 15min将每个反应系统(2)内的氢气浓度混合均勻，具体操作方法为a、将第一 阀(2-4)关闭，将气路循环装置的注射器(2-3)由零刻度拉至50mL刻度处，然后将第一阀 (2-4)打开，再将第二阀(2-5)关闭，再将气路循环装置注射器(2-3)推至零刻度处，完成一 个反应系统(2)的一个循环；b、按照上述步骤a的操作依次将其余的反应系统(2)完成一 个循环，此时完成一个大循环，然后重复操作完成4 8个大循环，即完成反应系统(2)内 的氢气浓度的混合均勻；其中定期取检测气体样品的方法是每隔0. 5 1个小时，用5mL的 注射器在每个储气装置(2-2)的第二进气管(2-15)处的第三胶管(2-9)上取气体样品即 可，即完成光催化剂制氢性能的评价。
10.根据权利要求9所述的采用光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置进行制 氢性能评价的方法，其特征在于步骤三中定期取检测气体样品的方法为每隔0. 5 1个小时，将每个反应系统(2)的第二阀(2-5)和第三阀(2-6)关闭，然后用5mL的注射器依次在 每个储气装置(2-2)的第二进气管(2-15)处的第三胶管(2-9)上取气体样品，取完后将第 二阀(2-5)和第三阀(2-6)打开即可。全文摘要
一种光催化剂制氢性能评价的多通道反应简易装置及采用其进行制氢性能评价的方法，它涉及光催化剂制氢性能评价装置及评价方法。解决现有光催化制氢性能评价多通道反应装置结构复杂，组装费时，成本高和不易实现的问题。本发明装置由光源和均匀分布在光源周围的4～8个反应系统组成，反应系统由由反应器、储气装置、气路循环装置、阀和连接以上各部件的胶管组成的密闭循环回路和磁力搅拌器组成。评价方法将反应系统组装好，开启光源，启动气路循环系统，然后定期取气检测即可。本发明装置简单，组装简易，可操作性强，零部件成本低，占地少，节约空间。采用本发明装置进行光催化制氢性能评价的检测结果可信，同组实验数据的可比性强。
文档编号G01N30/00GK101900710SQ20101021951
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者姚忠平, 姜兆华, 李春香, 贾方舟 申请人:哈尔滨工业大学