光纤光催化反应系统的制作方法
【专利摘要】一种光纤光催化反应系统，包括依次连接的太阳能光伏系统、LED发光聚光系统、光催化处理器和浮力装置，太阳能光伏系统包括依次连接的太阳能电池板、二极管、DC/DC转换器和蓄电池；LED发光聚光系统包括依次连接的控制器、LED灯、聚光器和连接器，所述LED灯经由控制器同时与DC/DC转换器和蓄电池相连，所述连接器与光催化处理器的外部光纤相连；光催化处理器包括布线支架、设置于布线支架上的光纤和壳体，所述光纤表面涂覆有光催化剂，所述布线支架外部设置有壳体，所述壳体上设置有若干孔洞；浮力装置分别设置于光催化处理器两侧。本实用新型具有较高的光利用率和催化反应接触面积，实现高效光催化降解污染物。
【专利说明】光纤光催化反应系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光催化【技术领域】，尤其涉及一种光纤光催化反应器系统。
【背景技术】
[0002]多相光催化氧化法是一种技术工艺简单、操作条件容易控制的化学氧化技术，具有快速降解污染物且无二次污染的特点，在环境保护和化学化工等领域有广泛应用。用于光催化降解的催化剂种类很多，其中二氧化钛具有活性高、性能稳定、价格低廉、无毒等特点而成为最受关注的光催化剂。光催化处理过程中，悬浮相光催化剂因存在回收困难、损耗大而使悬浮型光催化反应器的大规模应用受到限制。从实际的应用角度出发，光催化反应器更趋向于便于回收的固定相催化剂，然而传统的固定床反应器中，催化剂被负载于基底材料上或者反应器的内壁上，存在一些缺陷，如反应介质对光的吸收和散射造成光利用率低，活性比表面积小造成的传质限制，以及容易脱落等，降低了反应器的处理能力。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种光纤光催化反应系统，通过太阳能光伏系统为LED灯提供电能，LED灯发射出的高强度光经过聚光后，再射入至光纤内进行传光，从而激发光纤表面负载的高活性光催化剂，具有较高的光利用率和催化反应接触面积，实现高效光催化降解污染物。
[0004]为实现上述目的，本实用新型所设计的一种光纤光催化反应系统，包括依次连接的太阳能光伏系统、LED发光聚光系统、光催化处理器和浮力装置，太阳能光伏系统包括依次连接的太阳能电池板、二极管、DC/DC转换器和蓄电池；LED发光聚光系统包括依次连接的控制器、LED灯、聚光器和连接器，所述LED灯经由控制器同时与DC/DC转换器和蓄电池相连，所述连接器与光催化处理器的外部光纤相连；光催化处理器包括布线支架、设置于布线支架上的光纤和壳体，所述光纤表面涂覆有光催化剂，所述布线支架外部设置有壳体，所述壳体上设置有若干孔洞；浮力装置分别设置于光催化处理器两侧。
[0005]上述技术方案中，所述布线支架包括水平设置的上支柱和下支柱及垂直设置于上支柱和下支柱之间的若干栅栏，所述光纤螺旋缠绕于栅栏上，所述上支柱上方中央固定设置有固定轴。
[0006]上述技术方案中，所述布线支架包括固定轴、网孔、上网盘和下网盘，所述固定轴垂直固定于上网盘和下网盘中央，所述光纤穿透网孔并垂直设置于上网盘和下网盘之间，光纤在上网盘和下网盘之间形成均匀的平行束状结构。
[0007]上述技术方案中，所述壳体为立方体型，壳体的顶面封闭，其余四个侧面和底面上均设置有均匀分布的孔洞，其中一个侧面活动设置。
[0008]上述技术方案中，所述浮力装置包括卡圈和浮筒，所述卡圈将浮筒固定于光催化处理器的壳体外部两侧。所述浮筒长度至少为壳体边长的1.5倍，所述浮筒分别对称固定于壳体外部上边沿处。
[0009]上述技术方案中，所述太阳能光伏系统设置于光催化处理器的上方，所述太阳能电池板背面正负极与二极管连接。
[0010]上述技术方案中，所述聚光器通过连接器与外部光纤相连，所述聚光器的焦点位置位于外部光纤的端面上。所述外部光纤的端面通过透明粘合剂粘结。
[0011 ] 上述技术方案中，所述光催化剂为二氧化钛。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]1.将光纤传导光与光纤负载催化剂相结合，提高了光的传送效率和光催化效率，将LED技术运用于本实用新型中，使高亮度集束式冷光源与侧面发光光纤相结合，具有发光强度高、寿命长的优势，同时将太阳能光伏系统运用于本实用新型中，充分将太阳能、LED照明与光纤相结合，具有实用性强、易于产业化的优势，解决了目前缺乏成型的太阳能高效利用的光催化反应装置的问题；
[0014]2.将光催化剂直接负载于光纤的表面,能有效避免传统固定床光催化反应器中反应介质对光的吸收和散射的问题，使光利用率大幅度提高，同时光催化剂的比表面积也相应增加，提高了光催化处理器降解污染物的能力；
[0015]3.采用太阳能光伏系统为LED灯提供了需要的电能，避免了对常规能源的消耗，节能、环保、安全、高效，当无太阳光时，利用蓄电池储存的电能为LED灯提供电能，能实现LED灯的全天候无间断照明；
[0016]4.采用两种不同的布线支架和对应的光纤布置方式，能减少光纤在安装和使用过程中的折断或脱离情况，使光纤均匀、紧凑地分布于光催化处理器中，增大了光催化处理器单位体积内光催化反应的接触面积，提高了传质效果和光催化反应速率，有利于提高本系统降解污染物的能力。
[0017]5.本实用新型不同于以往的封闭式反应器需要构建水泵的出水和进水等循环系统，本实用新型通过外围的浮力装置，形成能漂浮于水面的下沉式光催化处理器，自行对开放水体中的污染物进行光催化降解，节能、灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的系统示意图；
[0019]图2为实施例一中布线支架的俯视图；
[0020]图3为图2中布线支架的侧视图；
[0021]图4为实施例一中光纤的缠绕方式意图；
[0022]图5为实施例二中布线支架的立体结构示意图；
[0023]图6为图5中布线支架的俯视图；
[0024]图7为图5中布线支架的仰视图；
[0025]图8为光催化处理器的壳体结构示意图；
[0026]图9为浮力装置结构示意图；
[0027]图10为图9中浮力装置的拆分结构示意图；
[0028]图中:
[0029]I一太阳能光伏系统；11 一太阳能电池板；12—二极管；13—DC/DC转换器；14一畜电池，
[0030]2—LED发光聚光系统；21—控制器；22—LED灯；23—聚光器；24—连接器，
[0031]3一光催化处理器；31—布线支架；32—光纤；33—壳体；34—孔洞；35A —固定轴；35B一固定轴；36—上支柱；37—下支柱；38—栅栏；39—网孔；310—上网盘；311—下网盘，
[0032]4一浮力装置；41—卡圈；42—浮筒。
【具体实施方式】
[0033]以下结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步的详细描述:
[0034]实施例一:
[0035]如图1所示，一种光纤光催化反应系统包括依次连接的太阳能光伏系统1、LED发光聚光系统2、光催化处理器3和浮力装置4，太阳能光伏系统I包括依次连接的太阳能电池板11、二极管12、DC/DC转换器13和蓄电池14 ； LED发光聚光系统2包括依次连接的控制器21、LED灯22、聚光器23和连接器24，所述LED灯22经由控制器21同时与DC/DC转换器13和蓄电池14相连，所述连接器24与光催化处理器3的外部光纤32相连；光催化处理器3包括布线支架31、设置于布线支架31上的光纤32和壳体33，所述光纤32表面涂覆有光催化剂，所述布线支架31外部设置有壳体33，所述壳体33上设置有若干孔洞34 ;浮力装置4分别设置于光催化处理器3两侧。光催化剂直接涂覆于光纤32的表面，能有效避免传统固定床光催化反应器中反应介质对光的吸收和散射的问题，使光利用率大幅度提高，同时光催化剂的比表面积也相应增加，提高了光催化处理器3降解污染物的能力。利用LED灯22作为光源，且LED灯22的辐射波长范围为360nm至600 nm,通过聚光器23进一步将光汇聚进入光纤32，提高了对光催化剂的辐照强度和光的利用率。当有太阳光时，利用太阳能光伏系统I为LED灯22提供电能，避免了对常规能源的消耗，节能、环保、安全、高效，当无太阳光时，利用蓄电池14储存的电能为LED灯22提供电能，能实现LED灯22的全天候无间断照明。
[0036]如图2至4所示，所述布线支架31包括水平设置的上支柱36和下支柱37及垂直设置于上支柱36和下支柱37之间的若干栅栏38，所述光纤32螺旋缠绕于栅栏38上，所述上支柱36上方中央固定设置有固定轴35A。如上所述的光纤32的设置方式，能减少光纤32在安装和使用过程中的折断或脱离情况，使光纤32均匀、紧凑地分布于光催化处理器3中，增大了光催化处理器3单位体积内光催化反应的接触面积，提高了传质效果和光催化反应速率，有利于提高本系统降解污染物的能力。
[0037]如图8所示，所述壳体33为立方体型，壳体33的顶面封闭，其余四个侧面和底面上均设置有均匀分布的孔洞34，其中一个侧面活动设置。壳体33的设置能避免光催化处理器3在运行过程中与其它物体发生缠绕现象，壳体33上设置的孔洞34便于光催化处理器3内外物质的快速交换，实现开放水体中自动进行高效降解污染物的目的。壳体33中活动设置的侧面便于光催化处理器3内部部件的安装、检修与更换。
[0038]如图9至10所示，所述浮力装置4包括卡圈41和浮筒42，所述卡圈41将浮筒42固定于光催化处理器3的壳体33外部两侧。所述浮筒42长度至少为壳体33边长的1.5倍，所述浮筒42分别对称固定于壳体33外部上边沿处。浮筒42设置的位置有利于降低光催化处理器3的重心，浮筒42外层选用抗酸碱性和抗辐射的材料。
[0039]如图1所示，所述太阳能光伏系统I设置于光催化处理器3的上方，所述太阳能电池板11背面正负极与二极管12连接。太阳能电池板11用于接收太阳能，太阳能光伏系统I中的DC/DC转换器13为蓄电池14或LED灯22提供电能。
[0040]所述聚光器23通过连接器24与外部光纤32相连，所述聚光器23的焦点位置位于外部光纤32的端面上。聚光器23的设置位置能保证更多的光汇聚进入光纤32，提高了对光催化剂的辐照强度和光的利用率。所述外部光纤32的端面通过透明粘合剂粘结，待粘合剂干结后，对光纤32的端面进行精细打磨，能减少光纤32端面的反射，提供了更强、更均匀的侧面发光强度。
[0041]所述光催化剂为二氧化钛。
[0042]该光纤光催化反应系统的工作原理为:
[0043]太阳能光伏系统I中的太阳能电池板11接收太阳能，通过DC/DC转换器13为蓄电池14或LED灯22提供电能，经控制器21的调控，LED灯22发高强度光，光线经聚光器23聚光后进入光催化处理器3中的光纤32中进行传光，在光的照射下，涂覆于光纤32表面的光催化剂在光子的激发下起到催化作用，使降解污染物的化学反应能迅速进行。当有太阳光时，利用太阳能光伏系统I为LED灯22提供电能，当无太阳光时，利用蓄电池14储存的电能为LED灯22提供电能，能实现LED灯22的无间断照明，以保证光催化反应能持续进行。
[0044]实施例二:
[0045]实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于:与实施例一中的光催化处理器3中的布线支架31和光纤32的设置方式不同。如图5至7所示，本实施例中所述布线支架31包括固定轴35B、网孔39、上网盘310和下网盘311，所述固定轴35B垂直固定于上网盘310和下网盘311中央，所述光纤32穿透网孔39并垂直设置于上网盘310和下网盘311之间，光纤32在上网盘310和下网盘311之间形成均匀的平行束状结构。如上所述的光纤32的设置方式，使光纤32均匀地分布于光催化处理器3中，由于光纤32呈平行束状结构，能避免光的损耗，增大了光催化处理器3单位体积内光催化反应的接触面积，提高了传质效果和光催化反应速率，有利于提高本系统降解污染物的能力。
[0046]以上所述仅是本实用新型最佳实施方式的两个举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光纤光催化反应系统，包括依次连接的太阳能光伏系统(I)、LED发光聚光系统(2)、光催化处理器(3)和浮力装置(4)，其特征在于: 太阳能光伏系统(I)包括依次连接的太阳能电池板(11)、二极管(12)、DC/DC转换器(13)和蓄电池(14)； LED发光聚光系统(2)包括依次连接的控制器(21 )、LED灯(22)、聚光器(23)和连接器(24),所述LED灯(22)经由控制器(21)同时与DC/DC转换器(13)和蓄电池(14)相连，所述连接器(24)与光催化处理器(3)的外部光纤(32)相连； 光催化处理器(3)包括布线支架(31)、设置于布线支架(31)上的光纤(32)和壳体(33)，所述光纤(32)表面涂覆有光催化剂，所述布线支架(31)外部设置有壳体(33)，所述壳体(33)上设置有若干孔洞(34)； 浮力装置(4)分别设置于光催化处理器(3)两侧。
2.如权利要求1所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述布线支架(31)包括水平设置的上支柱(36)和下支柱(37)及垂直设置于上支柱(36)和下支柱(37)之间的若干栅栏(38)，所述光纤(32)螺旋缠绕于栅栏(38)上，所述上支柱(36)上方中央固定设置有固定轴(35A)。
3.如权利要求1所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述布线支架(31)包括固定轴(35B)、网孔(39)、上网盘(310)和下网盘(311 )，所述固定轴(35B)垂直固定于上网盘(310)和下网盘(311)中央，所述光纤(32)穿透网孔(39)并垂直设置于上网盘(310)和下网盘(311)之间，光纤(32)在上网盘(310)和下网盘(311)之间形成均匀的平行束状结构。
4.如权利要求1或2或3所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述壳体(33)为立方体型，壳体(33)的顶面封闭，其余四个侧面和底面上均设置有均匀分布的孔洞(34)，其中一个侧面活动设置。
5.如权利要求1或2或3所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述浮力装置(4)包括卡圈(41)和浮筒(42)，所述卡圈(41)将浮筒(42)固定于光催化处理器(3)的壳体(33)外部两侧。
6.如权利要求5所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述浮筒(42)长度至少为壳体(33)边长的1.5倍，所述浮筒(42)分别对称固定于壳体(33)外部上边沿处。
7.如权利要求1或2或3所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述太阳能光伏系统(I)设置于光催化处理器(3)的上方，所述太阳能电池板(11)背面正负极与二极管(12)连接。
8.如权利要求1或2或3所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述聚光器(23)通过连接器(24)与外部光纤(32)相连，所述聚光器(23)的焦点位置位于外部光纤(32)的端面上。
9.如权利要求8所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述外部光纤(32)的端面通过透明粘合剂粘结。
10.如权利要求1或2或3所述的光纤光催化反应系统，其特征在于:所述光催化剂为二氧化钛。
【文档编号】C02F1/72GK203853080SQ201420231842
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】马新国, 黄楚云, 吕辉, 韩金良, 严杰, 刘婷, 柳阳 申请人:湖北工业大学