光解和光催化反应增强装置的制作方法

专利名称：光解和光催化反应增强装置的制作方法
技术领域：
紫外(UV)反应室通常用于水的超净化以及一般其它流体的调节中。如“卫生处理”或“灭菌”过程通常招致维生物的破坏、总有机含量的(TOC)减少及臭氧的破坏。在不存在催化剂的情况下，这些反应通常称为光解反应。在催化剂存在下进行的这些反应称为光催化反应。
光催化反应是多相或均相化学反应，在能量源足以克服半导体材料的能垒以促进了半导体材料价带和导带中电子和空穴的移动的情况下，发生了所述的反应。移动的电子和空穴与流体中的化学物种反应促进了那些化学物种所希望的改变。典型的反应发生在水溶液中，其中半导体材料产生羟基和过氧化物种使有机化合物矿化为二氧化碳、水和无机酸。这些“氧化还原”反应将金属从氧化态还原到金属形式，其接着被吸附在多孔催化剂的表面。在更广义的意义上讲，这样的化学过程可以用于处理或“调节”流体。
本发明一般涉及通过光解反应和光催化反应的流体处理，及尤其是用于增强所述流体处理的方法和装置，更具体地说，本发明涉及一种新颖的基质，其能够插入到UV反应室中以增强光解反应活性，及涉及在所述的基质上进行光催化材料的选择和应用以增强光催化反应活性。
AOP方法或者可以仅仅使用一种氧化剂，或者与催化剂一起使用以促进所希望的效果。为处理水流体的目的，通常独特的AOP方法是臭氧化和燃烧。催化AOP方法包括在紫外线存在下的过氧化氢和金属以促进羟基自由基的形成。这种组合通常称为芬顿试剂。有时UV被认为是一种AOP。许多文献记载的方法使用UV和臭氧或过氧化氢用于处理水和废水以达破坏有机物和灭菌的目的。
光催化是基于固体半导体材料的一种AOP，所述的半导体材料被UV辐射轰击以激发在半导体材料中的电子和空穴从而产生氧化还原(redox)反应。
文献中已提出了两种光催化的方法，第一种涉及自由基的形成，电子空穴对迁移到催化剂的表面与溶液中的羟基离子(OH-)和溶解的氧(O2)反应形成羟基自由基(OH·)。羟基自由基于是和流体中的有机基质反应以使其发生氧化。在通常氧化物种中例如臭氧，过氧化氢和氯基化合物羟基自由基具有最高的氧化强度。
第二种被广泛认同的方法类似于电子、空穴和羟基反应，但是它们发生在吸附有有机物种的催化剂表面上。如上所述，有氧化还原反应发生。在催化剂的阳极区域(氧化)，空穴与水反应生成羟基自由基、有机物种和其中间产物。在催化剂的阴极区域(还原)，电子与氧反应将其还原为过氧化物种，随后该物种与空穴反应以促进有机物质的氧化。贵金属被喷镀到半导体上(未光照区域)促进了在阴极区域的还原反应。同样在文献中也显示出当在催化剂的光照区域时贵金属可作为氧化剂。
通常是根据或者悬浮的/浆液的光催化剂或固定的光催化剂讨论现有技术。悬浮的催化剂通常使用半导体材料的细微颗粒以增加催化剂的表面积。美国专利5589678(Butters等)中描述了一种光催化的浆液。悬浮的催化剂受限于流体中的最大浓度，因为它们(1)增加浊度，(2)吸收光，和(3)折射光，因此减少了在光照反应器中总的紫外光透过率。
本发明涉及的固定催化剂使用单一或多片载体或基质，其中光催化剂施用于其上。与悬浮催化剂比较，固定催化剂被认为具有较小的总催化剂表面，但是不需要移去和回收悬浮的催化剂颗粒。固定催化剂的载体设计的一个实例见美国专利5790934(Say等)。Say的发明使用了以辐射状或纵向排列的多个片，但该发明具有各种缺点和限制。首先固定的基质片被置于距UV源一定的距离。在紧邻光源处反应活性最大，并随距离增加反应活性减少。同时装置不能插入现有的UV室中，不移去装置不能清洁UV光源。
美国专利5126111(Al-Ekabi等)提供了一种玻璃纤维网设计，但是同样处于远离UV源的位置，不能插入商用的UV室中，也不能压缩和扩张以使UV源清洁。而且，本发明需要UV谱处于340～360nm的范围，该范围超出了标准灯管的设计能力，即185nm和254nm。其他的网设计描述于美国专利4892712(Robertson等)和5766455(Berman等)中。上述的设计中没有一个与光源紧密接触或允许在标准的UV室中压缩或扩张。
已建议了一些固定催化剂基质，通过将催化剂吸附到硅胶、沸石、碳黑和多孔金属以增加总的催化剂表面，但是这些固定催化剂的微孔不允许有足够的光照透过以高效的使催化剂活化。同时这些材料被装填到一个反应器中，其中不能够实现大部分催化剂的一些表面适当的光照。
美国专利5501801(Zhang等)描述了使用硅胶和沸石基质作为光催化载体。
另外的固定催化剂设计是使用钛金属片(棒、球、珠、块等)，氧化所述的金属片形成希望的二氧化钛物层。如美国专利5868924(Nachtman等)和5395552(Melanson等)中所描述，在远离UV光源下，钛金属或其合金沿着UV光源长度方向被插入到UV室中。
美国专利5736055中描述了可置换涂敷筒，该发明提供了一种用于光催化反应器中可置换片的设计，所述的反应器使可变的光催化表面与刚性基底结合。同时筒的内光催化表面与UV光源相距一定距离，并且不容易调节以有助于UV光源的维护。
基于上述的现有技术，清楚地表明通过开发新的固定催化剂基质等以增强光催化所进行的努力。通过阅读以下详细的描述显而易见，申请人已开发出一种新的改进的固定催化剂基质，其具有上述没有观察到的若干优点。
增强光催化活性的另外的方法涉及使用各种氧化剂、还原剂和PH调节剂。美国专利5126111(Al-Ekabi等)、5779912(Gonzalez-Martin等)、5863491(Wang)和5554300(Butters等)中讨论了使用氧化剂或还原剂或二者以促进光催化反应。氧化剂和还原剂分别作为空穴和电子的清除剂，以排除电子空穴的重新组合减小光催化反应的效率。引入PH调节剂以使流体的还原电位选择移动到氧化还原的目标物种。
在流体处理过程中注入这样的试剂的方法，总的来说其本质上是即，注入到反应器上游的流体物流中并提供足够的动力以使物质传递到催化剂表面。如上所述，通常在催化剂的表面观察到光催化反应的发生。因此希望提供一种光催化反应增强的装置，在紧邻光催化剂的表面，允许注入氧化剂、还原剂或PH调节剂，单一或相互结合使用，以增加流体的处理效率。本发明通过使用这样的装置而能够增强光催化反应性。
催化剂本身是与该过程相协调的半导体材料例如TiO2、WO3、FeO3或钛酸盐基材料，并且可以被金属化。同时公开了将催化剂施用到基质表面的方法。
每一种基质新颖的结构和构象用在反应室的最大UV光照区域中优化光催化剂表面和目标流体介质湍动，因此当基质表面置于含有100～400nm波段UV谱的光源之下时，可增强光催化反应性。固定催化剂的基质通常由一定长度的网或布状材料组成，在其优选的实施方案中，该材料以手风琴状方式折叠或“打褶”。通过折叠产生了许多面板，每一个板具有处于中心位置的开孔用于移动地接收通过的紫外光源。每一开孔的边缘可任意地采用特殊的涂布修饰以防止紫外光源容易刮伤外表面的损害，而且通过对手风琴状基质进行手动的收缩和扩展以清洁表面。或者，在紫外光源表面和本发明的装置之间使用透射套筒。本发明的装置可以移动方式安装在常规的、更新颖的或商业可获得的紫外室中，而不需对其进行修饰或使用插入安装的装置。
在现有的紫外室中使用本发明的装置可提高其流体处理的效率，预计至少为25％，而不需对任何的其他过程或硬件进行修饰。本发明也增加了反应器下游的其他方式的效率。更具体地说，在水超净化系统中离子交换树酯系统通常置于紫外室的下游。离子交换树酯的性能是温度的函数，当温度增加时，其性能降低。在上游反应室中，紫外光产生热量增加了处理水的温度。但使用本发明的装置用于现有的紫外室时，需要较少的能量完成所希望的处理水平。通过减少紫外光源的数量或强度，或减少二者可以减少能量的需要。由于上游紫外室内的流出物温度降低，因此增加了下游离子交换树酯系统的效率。
如此已经以相当广义的方式描述本发明的较重要的特征，以使其随后的详细描述更好地被理解，及更好地理解本发明对现有技术的贡献。当然将在以下对本发明的附加技术特征进行描述，其形成了附属于本发明权利要求的发明主题。在该方面，在详细描述至少本发明的一个实施方案之前，应理解本发明并不限制应用于以下附图中的图示和描述中提出的构造细节和组件的排列。本发明可以有其他的实施方式而且可以各种方式实施本发明。而且，也应理解本发明使用的词汇和术语是为其描述目的的，而不能认为是对本发明的限制。正因为如此，本领域的普通技术人员可以理解使用本发明所基于公开的构思可以容易地作为设计其他构造、方法和用于实施本发明若干目的的基础。因此重要的是权利要求被认为包括到目前为止没有脱离本发明精神和范围的这样等同的构造。
而且，上述的摘要的目的使美国专利商标局和公众、特别是不熟悉专利法律的术语或词汇的本领域的科学家、工程师及实施者，使他们从粗略的审查本申请技术公开的本质和实质中即可迅速作出决定。该摘要既不是意欲限定由权利要求确定的本申请的发明，也决不是以任何方式意欲限制本发明的范围。
因此本发明的基本目的是提供一种装置，通过将催化剂基质材料置于尽可能靠近光照源的位置，使所述的装置具有增强反应室中光催化反应。
本发明的另一个基本目的是提供一种装置，通过将催化剂最大可能的表面积置于光照之下，而能够增强反应室中的光催化反应。
本发明的又一个发明目的是通过本发明的催化剂基质组件的结构设计及相对紫外光源的总的形状完成上述的任务。
本发明的另一个重要目的是通过反应室内的动力或通过防止产生污垢的系统性能，而完成上述的任务而没有牺牲流体的流速。
本发明的再一个目的是提供一种方法和装置，所述的方法和装置能够增强光解反应和光催化反应，所述的反应实际用于工业应用中而不需使用更昂贵的、非标准紫外室，而且可提供紫外源的在线清洁。
本发明的另一个目的是提供相对便宜但有效的装置，所述的装置能够增强市场上大量通用的反应室的光解反应和光催化反应。
本发明的另一个目的是提供一种光解反应和光催化反应增强的装置，所述的装置可容易插入现有紫外反应室而不需插入式安装装置或对室进行改装。
本发明的另一个目的是提供一种光催化反应增强的装置，所述的装置允许在紧邻光催化剂的表面，将氧化剂、还原剂或PH调节剂单一或相互组合注入，用以增加流体处理的效率。
在本公开附属的并作为其一部分的权利要求中具体指出了，上述的目的和本发明的其他目的，及表征本发明新颖性的其他特征。
附图简述当考虑了对其以下详细的描述后，可更好地理解本发明，而且除上述提出的目的外，其余目的将变得更加显而易见。这样的描述参考附图，其中

图1是装置的展开图，说明如何将其放置在一起并插入到常规的紫外反应室中。
图2A-2D是基质板的平面图，分别说明圆形、方形、多角形和长方形的具体实施方式
。
图3A是安装在紫外源上收缩构象的本发明装置的视图，所述的紫外源被容纳在常规紫外反应室中，装置的部分以仿真及部分切掉的方式图示以更好地显示本发明的装置。
图3B是本发明展开构型的视图。
图4是安装在常规紫外反应室中的本发明装置的剖面侧视图，并图示进入流体的路径及其如何与本发明的装置接触。
图5A和5B是具有湍动增强组件修改的本发明装置的剖面图。
图6是多孔催化剂基质的剖面图，所述的基质具有孔隙以分散注入到基质表面的氧化剂、还原剂或PH调节剂。
本发明的光催化反应增强装置一般包括一段涂布的催化剂和流体可透过的固定基质材料16。关于其组成，任意的金属、陶瓷、玻璃或聚合物或其组合物是适合的。有两种优选的组合物。第一是纯钛或钨金属或其合金形成的金属基质，所述的基质被氧化以分别形成氧化钛或氧化钨层，或是耐腐蚀的可以用催化剂涂布的金属合金。耐腐蚀金属的实例包括铝、不绣钢(300和400系列)、镍、钽、钛和锆。
第二种优选的组合物是玻璃、聚合物或陶瓷组合物，其上有修饰的微孔、通道或导管以允许流体的注入(图6)。当将氧化剂、还原剂或PH调节剂供料连接到装置时，试剂可被引入到催化剂表面以提供更有效的质量传递和化学反应。同样玻璃、陶瓷或其他紫外可透过的基质16允许光衍射遍布其几何体以提供另外的到达催化剂表面的紫外透射，因此可增强光催化反应。典型的氧化剂是空气、氧、臭氧和过硫酸盐。还原剂可以是有机溶液/气体或含金属溶液/气体。优选还原剂是有机酸其在氧化还原反应中提供金属的还原能力，同时可降低溶液中的PH。
每一种基质的新颖的构造和构型用于优化反应室中最大紫外光照区域内的光催化剂表面积和目标流体介质的湍动。因此当基质的表面被置于含有在100～400nm波长范围的紫外谱光源时，可增强光催化反应性。结构上，基质16可以是平片、斜纹织物、微纺织网、过滤布、延展的金属光栅、有孔的板或浸渍在聚合物、陶瓷或玻璃中的碎纤维的聚集体。优选的形状是平片或斜纹织物，因为它们的类格子网结构有助于更均匀的施用光催化的涂布组合物，而且它们有相对大的开放区域使室12中的光照最大化，同时使无机和有机物质产生的污垢减少到最小。基质16的可透过性引起了流体动力学的改变，从而引发室内的光照区域的湍动。增加的湍动促进了体相介质中物种的更好的质量传递，所述的介质被处理到催化剂的表面上，因此允许与催化剂更紧密的接触，尽管其具有相对较大的基质开放区域，但不引起压降或导致装置中产生污垢。优选的网大小范围是USS4×4～400×400。该设计也可以包括改变网尺寸，以使其具有更好的质量传递或能增强结构的支撑。
关于总的构型，基质16可被切割成具体应用的长度，再以手风琴状进行折叠以形成许多的串联的板18。每一块面板18具有至少一个开孔20用于连续接受通过的紫外源14。因此，每一个开孔的大小以正好容纳紫外源的直径。一些反应室使用不止一种光源(即多灯管)。应该理解每一块板包括多个开孔以接受通过的多光源。例如如果室使用了4种光源，每一块板18具有4个对应的定向的孔隙20以接受灯管。
每一块板具有由于折叠产生的上边缘和下边缘22，其作为铰链以允许沿紫外源14长度方向基质的移动性调节。如上表明，基质16可以由各种材料制造。在一些情况下，组合物可能过于硬或脆而不能使其折叠。在这样的情况下，单个的板18可以通过切割而形成，然后通过铰链或其它连接方式将彼此结合起来。或者，板沿其紫外源长度方向以渐增的或随机的间隔保持彼此独立。本发明装置的一些应用要求更坚硬的组合物。例如对于高的流体速度时特别需要更坚硬的组合物，否则使基质形状弯曲或影响其相对于紫外源的位置。优选更具韧性的组合物以促进紫外源的在线清洁(见下)。
每一块板18可被切割、模塑或成形为任何的几何构型，所述的构型或者适合紫外室12的内表面的形貌，或者得到最好的质量传递效率。在图2A～2D中描述的实例分别包括圆形、方形、多面体和长方形。基质16的每一块板18可以具有不同的几何形状以容纳紫外室不规则的内表面，例如使用内折流板的紫外室(未图示)。每一块板18的最大长度应该略小于紫外室的内径，以避免两块之间的物理接触，因为所述的表面容易被刮伤。
再参考图1，每一开孔20的边缘可以任意地修饰为环26，以防止损坏容易刮伤的紫外源外表面，并实际上清洁该表面，以下有更详细描述。或者在紫外源14的表面与本发明装置之间使用紫外透射套筒28。
环26由玻璃、复合物或聚合物材料制造，优选这些材料是抗紫外、光催化而且是耐热的，同时不导致足够的摩擦引起套筒28或紫外源1 4的磨损。实例包括聚四氟乙烯、PVDF、丙烯酸和硅石。这些材料优选提供紫外透射。环26当它们沿紫外源14或套筒的长度方向基质16的手动收缩和扩张期间，可以作为清洁工具产生“类似橡胶扫帚”的效应。当环26越过紫外源表面时，它们减少了缩放比例和有机材料的聚集。
套筒28可以是沿装置的整个长度方向的一连续设计，或由较小的单件构造而成。套筒的构造材料应允许至少85％的紫外透过，特别是在100～400nm的范围。材料也应该是耐热和抗紫外的。实例的材料是石英玻璃、硅石玻璃或二氧化硅、聚偏氟乙烯(PVDF)及丙烯酸。
图3A和3B分别示意了本发明装置10收缩和伸展时的构型。可以容易地理解基质16表面积与紫外源给定长度上的板的数目成正比。随所述长度上板数目的增加表面积增加。尽管可以过度地收缩手风琴状的基质，但可能会阻止通过系统的流体。另外，过度地收缩将减少紫外光透过到每一块板18的前后表面上。因此希望每一块板18被定向以使紫外光最大透过到其表面上。优选紫外源的每线性英寸上有约6～10块板的范围。或者，相对于紫外光源的表面，可以决定适当的面板取向。相对于紫外表面优选角度约55～80°(图3B)，尽管该范围可以在±10°范围变化。
现参考图4，本发明装置的一个主要目的是在具有最大可获得紫外光照强度(最靠近灯管或其他紫外源)的位置中加催化剂表面积。由于流体间歇流动而引起的湍动，基质16的结构和构型也有助于流体中化学物种到催化剂表面的质量传递。尽管并非意欲详细描述室12内的流体动力学，图4确实一般地描述了其中的流体流动路径。基质16的有度的构型作为“拉”流体趋于紫外源的表面，其中光的强度被认为是最强的。在内部的折流板30也有助于这点考虑并增加其湍动。在紫外源14上聚集的有机材料应通过本发明装置而使其减少到最小。因为处理的催化剂基质16紧邻紫外源14，紫外源上的有机物质的反应性(消除)得以增强。显而易见单独使用基质16(没有催化剂)也可增强光解反应性。
现在注意图6A和6B，基质16进一步被修饰在室中提供增强的湍动，超越了由基质可透过结构和其取向构型所提供的湍动。多数的湍动增强方式32被连接于基质16上或由基质16整体形成。在较靠近紫外源14附近，这些弯曲的延伸臂从基质的边缘突出外部以引起漩涡效应，所述的效应可引导流体从反应器外部边缘到达其中间，借此可模拟静态混合器。湍动增强装置32位于如下所述面板相同的平面，从所述的面板它们可以被伸张和/或向平面前后弯曲。目的是促进“拉”流体趋于紫外源的表面，其中它们的能级处于最高。
催化剂的形成是基于半导体材料，它们的能垒Eg是典型的紫外谱的范围内，即100～400nm之间。催化剂具有半导体材料的性质，例如TiO2、ZnO、WO3、CdS、Fe2O3、MnO2、CeO2、CuO，或与方法相适应的钛酸盐基化合物(RTiO3化合物，其中R为Sr，Ba，Ca，Al或Mg)，并且可以如下任何金属单独的或组合的方式进行金属化Pt，Pd，Au，Ag，Re，Rh，Ru，Fe，Cu，Bi，Ta，Ti，Ni，Mn，V，Cr，Y，Sr，Li，Co，Nb，Mo，Zn，Sn，Sb或Al。这些金属中强光催化反应，它是通过或将物种还原或氧化成所希望的形式例如还原氧为过氧化物。除此之外，或作为另外一种使半导体喷度金属的方法，催化剂也可以掺杂任何的单个的或组合的f-过渡元素以激发氧化还原反应，所述的f-过渡元素是镧系元素和锕系元素，例如Ce，La，Nd和Gd。
优选的光催化剂包括二氧化钛(TiO2)、铂(Pt)、铈(Ce)和镧(La)。当选用TiO2时，其组合物应有50％以上或更高浓度的锐钛矿二氧化钛晶体，优选70～100％，其余的为金红石或无定形物。优选的Pt、Ce和La的浓度分别为1～5重量％、1～5重量％和1～5重量％。Pt已是光催化掺杂中广泛应用的参比。Ce被确认为非光催化反应的催化剂，但该情况下，其可提供另外的金属用于氧化反应。La的目的是增强Ce的氧化能力。
通过本领域中通常使用的方法可以用催化剂涂布基质，例如通过低温溶胶—凝胶，然后焙烧或干燥，或二者都进行，化学或物理气相沉积方法(分别为CVD和PVD方法)，气相渗透方法，低温DC反应溅射方法、纯钛或其合金的阳极化，通过在有氧的环境下加热可直接氧化钛或钨金属或其合金，或通过采用紫外光辐射有机或含水的前体。以下将详细描述三种优选的方法。
第一个优选的方法是低温反应RF磁电管溅射，一种PVD的形式，该方法在以前的专利中没有详细描述，最大的可能是由于技术方面的限制。相对于平面电极而言，在应用于圆柱电极中，近来的改进允许更好地控制涂层。可以控制磁电管溅射相关的该工艺参数以形成不同的形状，该形状不能通过本领域中常规的溶胶—凝胶或其他的方法获得。相对于多孔表面所希望的形状是圆柱形。圆柱形的表面具有确定深度的催化剂的重复“单元”。对于表面反应来说这是非常重要的，因为减少了孔的扩散阻力。而且，由于基质接受与目标材料粒子相反的原子，因此涂布分散的更加均匀。另外，在得到所希望的半导体薄膜后，由掺杂材料组成的靶体可被溅射到基质上以提供所希望的组合物。
第二种方法是低温溶胶—凝胶方法，随后进行干燥。该方法在授予Zhang等的美国专利5501810中进行了描述，并在此引入作为参考。Pt，Ce和La可被光还原(参考美国专利4303486，Bard等)到最后的由氧化钛产生的溶胶—凝胶上。Pt可以任何含水或结晶的形式提供。Ce和La可以它们各自的溶液或结晶的形式提供。优选的形式是乙酸盐、硫酸盐、硝酸盐或氯化物。
第三种优选的方式是辐射含有一种或所有光催化组分的流体组合物，即TiO2、Pt、Ce或La。美国专利5593737(Meizer等)提供了这一方法。该装置经调节的含有二氧化钛粉末的溶液处理，紫外光照以在装置表面形成二氧化钛层。本发明仅讨论了二氧化钛。本发明的方法包括或者是商业生产的二氧化钛粉末，或者是溶胶—凝胶形成的二氧化钛粉末，所述的粉末通过前述的光还原掺杂Pt、Ce和La。优选二氧化钛粉末为70～100％的锐钛矿，余量为金红石或无定形物，或二者。另外本发明的方法使用标准的紫外室以允许原位涂布而不需要用于涂布的另外的装置。另外，在一给定的时间后，本发明的装置可被原位再涂布(再生)而不需要从紫外室中移出。
尽管参考此处详述的具体实施方式
对本发明进行了描述，应理解本发明仅通过实施例的方式进行了公开，在不背离本发明的精神和范围之下而依据本发明可以有许多结构细节的改变。因此本发明的范围不应被上述的说明所限制，而仅由其附属的权利要求范围限制。
权利要求
1.适合于光反应室的光解反应增强装置，所述的反应室含有至少一种光源，该装置包括以手风琴状的方式彼此串联铰链连结的多块流体可透过板；每一块板具有至少一个孔隙用于移动接收所经过的光源；这些面板能够以相对于光源确定的角度定向，以引导室内更多的流体紧邻反应性最高的光源；这些面板也能够沿光源长度的方向收缩和伸展。
2.如权利要求1的光解反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板由至少一种选自金属、陶瓷和聚合物的材料组成。
3.如权利要求2的光解反应增强装置，其中所述的至少一种材料选自金属、陶瓷、玻璃和聚合物，这些材料具有微孔、通道或导管以接受氧化剂、还原剂和/或PH调节剂中的至少一种。
4.如权利要求1的光解反应增强装置，其中所述的多块可透过板由以下材料组成选自铝、不绣钢、镍、钽、钛和锆的耐腐蚀的金属或金属合金。
5.如权利要求1的光解反应增强装置，其中所述的多块可透过板由纯钛或钨金属或其合金组成，并且它们被氧化或阳极化以分别形成氧化钛或氧化钨层。
6.如权利要求1的光解反应增强装置，其中所述的多块可透过面板进一步包括湍动增强的装置。
7.如权利要求2的光解反应增强装置，其中所述的多块可透过面板进一步包括湍动增强的装置。
8.如权利要求3的光解反应增强装置，其中所述的多块可透过面板进一步包括湍动增强的装置。
9.适合于光反应室的光催化反应增强装置，所述的反应室含有至少一种光源，该增强装置包括以手风琴状的方式彼此串联铰链连结的多块流体可透过板；每一块所述的板上有光催化剂，还有至少一个开孔用于移动接收通过的光源；所述的多块面板能够以相对于光源确定的角度定向，以引导室内更多的流体紧邻反应性最高的光源；所述的板能够沿光源长度的方向收缩和伸展。
10.如权利要求9的光催化反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板由至少一种选自金属、陶瓷和聚合物的材料组成。
11.如权利要求10的光催化反应增强装置，其中所述的至少一种选自金属、陶瓷、玻璃和聚合物的材料，它们具有微孔、通道或导管以接受氧化剂、还原剂和/或PH调节剂中的至少一种。
12.如权利要求9的光催化反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板由以下材料组成选自铝、不绣钢、镍、钽、钛和锆的耐腐蚀的金属或金属合金。
13.如权利要求9的光催化反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板由钛或钨纯金属或其合金组成，并且它们被氧化或阳极化以分别形成氧化钛或氧化钨层。
14.如权利要求9的光催化反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板进一步包括湍动增强的装置。
15.如权利要求10的光催化反应增强装置，其中所述的多块流体可透过板进一步包括湍动增强的装置。
16.如权利要求9的光催化反应增强装置，其中的光催化剂能够被100～400nm范围的光源所活化，所述的光催化剂由半导体材料组成，所述的材料选自TiO2、ZnO、WO3、CdS、Fe2O3、MnO2、CeO2、CuO或RTiO3化合物，其中R为Sr，Ba，Ca，Al或Mg；该半导体材料掺杂有1-5重量％的铂(Pt)、1-5重量％的铈(Ce)、1-5重量％的镧(La)。
17.如权利要求9的光催化反应增强装置，所述的光催化剂由掺杂1-5重量％的铂(Pt)、1-5重量％的铈(Ce)、1-5重量％镧(La)的TiO2组成；该TiO2由以下物质组成至少50％的锐钛矿二氧化钛晶体，优选70～100％，其余的为金红石或无定形物。
18.如权利要求16的光催化反应增强装置，其中所述的光催化剂是a)可用如下任何金属单独的或组合的方式进行金属化Pt，Pd，Au，Ag，Re，Rh，Ru，Fe，Cu，Bi，Ta，Ti，Ni，Mn，V，Cr，Y，Sr，Li，Co，Nb，Mo，Zn，Sn，Sb或Al；和/或b)可以掺杂任何的单一或组合的f-过渡元素，且其选自镧系元素和锕系元素，即Ce，La，Nd和Gd。
19.如权利要求17的光催化反应增强装置，其中所述的光催化剂是a)可用如下任何金属单独的或组合的方式进行金属化Pt，Pd，Au，Ag，Re，Rh，Ru，Fe，Cu，Bi，Ta，Ti，Ni，Mn，V，Cr，Y，Sr，Li，Co，Nb，Mo，Zn，Sn，Sb或Al；和/或b)可以掺杂任何的单个的或组合的f-过渡元素，且其选自镧系元素和锕系元素，即Ce，La，Nd和Gd。
20.一种光催化组合物，能够被100～400nm范围的光源所活化，所述的光催化组合物由半导体材料组成，所述的材料选自TiO2、ZnO、WO3、CdS、Fe2O3、MnO2、CeO2、CuO或RTiO3化合物，其中R为Sr，Ba，Ca，Al或Mg；所述的半导体材料掺杂有1-5重量％的铂(Pt)、1-5重量％的铈(Ce)、1-5重量％的镧(La)。
全文摘要
光解反应和光催化反应增强装置，其包括被涂布的催化剂、流体透过的固定基质材料，所述的材料优选，或者由纯钛、钨或其合金的形式制造，所述基质材料被氧化或阳极化以形成各自的钛氧化物或钨氧化物层，或者由耐腐蚀的金属合金制造，所述的合金可用光催化剂涂布。在本发明的一个优选实施方式中，基质可以是玻璃、聚合物或陶瓷组合物，所述的组合物含有微孔、通道或导管以接受氧化剂、还原剂和/或pH调节剂。催化剂是半导体，例如和工艺相适合的TiO
文档编号B01J19/12GK1422176SQ01806887
公开日2003年6月4日 申请日期2001年3月21日 优先权日2000年3月22日
发明者塞缪尔·E·斯皮尔 申请人:塞缪尔·E·斯皮尔