一种用于催化二氧化碳还原的反应装置

1.本发明涉及化工设备领域，具体地说，涉及一种催化二氧化碳co2还原的反应装置。


背景技术：

2.随着工业化进程加快，地球生态环境遭到了严重破坏，其中影响范围最大的就是温室效应。大气中二氧化碳含量的不断增加是导致温室效应的主要原因之一。据报道，目前大气中二氧化碳的浓度约为350ppm，而当今全世界每年排放的二氧化碳约20亿吨，如果按此速度继续排放，预计到2030年大气中二氧化碳的浓度将达到560ppm，其结果将导致地球的平均温度上升1.5～4.5℃。气温上升会使亚热带地区干燥化，高纬度地区降雨量增加，海洋中结冰区域减少，冰雪提前融化。为了保护人类赖以生存的地球环境，人类不得不考虑碳减排或碳循环措施。
3.二氧化碳资源化利用主要包括以下几个方面:(l)二氧化碳转化为碳纳米材料；(2)通过电化学、光化学或光电化学将二氧化碳转化为更高附加值化学品；(3)通过微生物、酶和微藻等来转化二氧化碳制成饲料、肥料等生物活性物质；(4)二氧化碳矿化为水泥、灰碴等。而电化学、光化学及光电化学还原二氧化碳的研究是近年来比较热门的方向。
4.为此，本领域的技术人员致力于开发一种有效的提高催化二氧化碳还原效率的反应装置。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种用于催化二氧化碳还原的反应装置，有效的提升了反应效率。
6.根据本发明，提供了一种用于催化二氧化碳还原的反应装置，包括第一容器，所述第一容器包括反应器，所述反应器内设有反应腔，所述反应器上设有气体进口和气体出口，所述气体进口和气体出口分别与所述反应腔相通且所述气体进口和气体出口相互通过所述反应腔相通，所述反应腔内设有催化剂载体，所述催化剂载体将所述反应腔分割成进口部分和出口部分，所述进口部分靠近所述气体进口并远离所述气体出口，所述出口部分靠近所述气体出口并远离所述气体进口。
7.优选的：所述催化剂载体的形状为多孔圆盘形。
8.优选的：还包括光源，所述光源设于所述反应器的上方，所述光源发出的光线穿过所述反应器并进入所述反应腔内催化气体还原反应。
9.优选的：所述第一容器还包括壳体，所述壳体内设有恒温腔，所述壳体上设有恒温液进口和恒温液出口，所述恒温液进口和恒温液出口分别与所述恒温腔相通且所述恒温液进口和恒温液出口相互通过所述恒温腔相通，所述反应器设于所述恒温腔中。
10.优选的：还包括第二容器，所述第二容器与所述第一容器的反应器相连并与所述反应器的反应腔相通，所述反应器的反应腔中还设有第一电极，所述第一电极与所述催化
剂载体相连，所述第二容器中还设有第二电极，所述第二容器与所述反应腔之间还设有质子交换膜。
11.优选的：所述第二容器与所述反应腔中均设有电解液。
12.优选的：所述第一电极和/或第二电极由pt片制成。
13.优选的：所述催化剂载体由电极材料制成。
14.优选的：所述第二容器与所述反应腔之间通过两个法兰连接。
15.优选的：所述质子交换膜设于两个法兰之间。
16.本发明的一种用于催化二氧化碳还原的反应装置，有效的提升了反应效率。
附图说明
17.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
18.图1是本发明的实施例用于催化二氧化碳还原的反应装置的结构示意图；
19.图2是本发明的实施例用于光或光电催化二氧化碳还原的反应装置的结构示意图；
20.图3是本发明的实施例用于光或光电催化二氧化碳还原的反应装置的反应器的俯视结构示意图；
21.图4是本发明的实施例用于电或光电催化二氧化碳还原的反应装置的反应器的结构示意图；
22.图5是本发明的实施例用于电或光电催化二氧化碳还原的反应装置的反应器的侧面结构示意图；
23.图6是本发明的实施例用于催化二氧化碳还原的反应装置的反应器的法兰结构示意图；
24.图7是本发明的实施例用于催化二氧化碳还原的反应装置的反应器的法兰盖结构示意图。
具体实施方式
25.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。
26.如图1中所示，在本发明的实施例中，提供了一种用于催化二氧化碳还原的反应装置，包括第一容器，第一容器包括反应器1。
27.反应器1内设有反应腔，反应腔为反应器1内部形成的腔体，优选由内壁形成。反应器1上设有气体进口2和气体出口3。
28.气体进口2和气体出口3分别与反应腔相通且气体进口2和气体出口3相互之间通过反应腔相通。反应时，co2气体从气体进口2进入，在反应腔反应，并从气体出口3排出。气体进口2和气体出口3分列反应器1两侧且分别上下分布。
29.反应腔内设有催化剂载体4，优选为可拆连接，上面负载有催化co2还原所用的催
化剂。催化剂载体4上设有催化剂，可以催化co2气体还原反应。
30.并优选催化剂载体4的形状为多孔圆盘形，便于气体通过。
31.催化剂载体4将反应腔分割成进口部分和出口部分，进口部分靠近气体进口2并远离气体出口3，出口部分靠近气体出口3并远离气体进口2。即从气体进口2进入的气体需通过催化剂载体4后，通过与负载有催化剂的多孔圆盘载体充分接触，充分反应后从气体出口3排出。排出后可以根据反应类型和实际情况需要选择直接通入检测仪器或进行收集或其他处理。
32.本发明实施例通过可以搭配组合的反应容器，适用于三种类型的催化还原反应，且能够有效的提升催化二氧化碳还原反应的效率。
33.本发明实施例使用的催化二氧化碳还原反应主要包括光催化二氧化碳还原反应、电催化二氧化碳还原反应和光电催化二氧化碳还原反应。
34.在适用于光催化二氧化碳还原反应时，如图2中所示，在本发明的实施例中，还包括光源5。光源5设于反应器1的上方。
35.光源5发出的光线穿过反应器1并进入反应腔内催化气体还原反应。优选反应器1设有透明封盖，并优选为可拆连接，便于光线射入。
36.并结合如图3中所示，在本发明的实施例中，第一容器还包括壳体6。壳体6内设有恒温腔，壳体6上设有恒温液进口7和恒温液出口8。恒温液进口7和恒温液出口8分别与恒温腔相通且恒温液进口7和恒温液出口8相互通过恒温腔相通。恒温液进口7和恒温液出口8分列于壳体6的两侧且下上分布。
37.反应器1设于恒温腔中。通过冷却液或恒温液进入壳体6内恒温腔中，从而保证反应器1温度，提升反应效率，防止由于光源的持续照射，导致反应容器内温度上升，有可能造成的催化剂中毒，影响反应进行。
38.在适用于电催化二氧化碳还原反应时，如图4和5中所示，在本发明的实施例中，还包括第二容器10。
39.第二容器10与第一容器的反应器1相连并与反应器1的反应腔相通。优选通过圆筒形通道相通。
40.如图4中所示，反应器1的反应腔中还设有第一电极9。第一电极9与催化剂载体4相连。如图5中所示，第二容器10中还设有第二电极，第二容器与反应腔之间还设有质子交换膜12。
41.并优选第二容器10与反应腔中均设有电解液。第二容器10主要起到电流回路的作用。这时第二容器10中盛装与反应器1相同的电解液，同时也放入电极。
42.催化剂载体4由电极材料制成，即负载催化剂的电极材料。
43.第一电极9和/或第二电极由pt片制成。并优选在承载多孔圆盘状催化剂载体的邻边位置预置了pt片，pt片外部设计成电极，可直接与电化学工作站连接。在当进行电催化co2还原或光电催化co2还原时，直接将制备的电极材料置于pt片上即可。
44.如图5、6和7中所示，优选第二容器10与反应腔之间通道通过两个法兰13连接。质子交换膜12设于两个法兰13之间。质子交换膜的作用是让质子通过，形成电流，避免负离子及其他物质带来干扰。
45.优选法兰13还搭配法兰盖14，在光催化co2还原时可以直接用法兰盖14封住反应
器1的液体通道，不再连接第二容器10。
46.在适用于光电催化二氧化碳还原反应时，可将上述两种情况的反应容器进行整合。
47.下面以具体的实施例描述本发明：
48.实施例1
49.如图2
‑
3中所示，一种用于光催化二氧化碳还原的反应装置包括第一容器，第一容器包括反应器1。
50.反应器1内设有反应腔。反应器1上设有气体进口2和气体出口3。
51.气体进口2和气体出口3分别与反应腔相通。
52.反应腔内设有与气体流向大致垂直的多孔圆盘形催化剂载体4，上面负载有催化co2还原所用的催化剂。从气体进口2进入的气体需通过催化剂载体4后，通过与负载有催化剂的多孔圆盘载体充分接触，充分反应后从气体出口3排出。
53.还包括光源5。光源5设于反应器1的上方。反应器1设有透明封盖，光源5发出的光线穿过反应器1并进入反应腔内催化气体还原反应。
54.还包括壳体6。壳体6内设有恒温腔，壳体6上设有恒温液进口7和恒温液出口8。恒温液进口7和恒温液出口8分别与恒温腔相通。反应器1设于恒温腔中。通过冷却液或恒温液进入壳体6内恒温腔中，从而保证反应器1温度，提升光催化还原反应的效率，
55.实施例2
56.如图4
‑
5中所示，一种用于电催化二氧化碳还原的反应装置包括第一容器，第一容器包括反应器1。
57.反应器1内设有反应腔。反应器1上设有气体进口2和气体出口3。
58.气体进口2和气体出口3分别与反应腔相通。
59.反应腔内设有与其垂直的多孔圆盘形催化剂载体4，上面负载有催化co2还原所用的催化剂。从气体进口2进入的气体需通过催化剂载体4后，通过与负载有催化剂的多孔圆盘载体充分接触，充分反应后从气体出口3排出。
60.反应器1的反应腔中还设有第一电极9。第一电极9与由负载催化剂的电极材料制成的催化剂载体4相连。
61.如图4中所示，在承载多孔圆盘状催化剂载体4的邻边位置预置了pt片，pt片外部设计成电极，可直接与电化学工作站连接。
62.还包括第二容器10。第二容器10与第一容器的反应器1通过圆筒形通道相连并与反应器1的反应腔相通。
63.第二容器10中还设有第二电极，第二容器与反应腔之间还设有质子交换膜12。
64.第二容器10与反应腔中均设有电解液。
65.第二容器10与反应腔之间通道通过两个法兰13连接。质子交换膜12设于两个法兰13之间。
66.实施例3
67.如图2
‑
5中所示，一种用于光电催化二氧化碳还原的反应装置包括第一容器，第一容器包括反应器1。
68.反应器1内设有反应腔。反应器1上设有气体进口2和气体出口3。
69.气体进口2和气体出口3分别与反应腔相通。
70.反应腔内设有与其垂直的多孔圆盘形催化剂载体4，上面负载有催化co2还原所用的催化剂。从气体进口2进入的气体需通过催化剂载体4后，通过与负载有催化剂的多孔圆盘载体充分接触，充分反应后从气体出口3排出。
71.还包括光源5。光源5设于反应器1的上方。反应器1设有透明封盖，光源5发出的光线穿过反应器1并进入反应腔内催化气体还原反应。
72.还包括壳体6。壳体6内设有恒温腔，壳体6上设有恒温液进口7和恒温液出口8。恒温液进口7和恒温液出口8分别与恒温腔相通。反应器1设于恒温腔中。通过冷却液或恒温液进入壳体6内恒温腔中，从而保证反应器1温度，提升反应效率，
73.催化剂载体4由负载催化剂的电极材料制成。在承载多孔圆盘状催化剂载体的邻边位置预置了pt片，形成第一电极9。pt片外部设计成电极，可直接与电化学工作站连接。
74.还包括第二容器10。第二容器10与第一容器的反应器1通过圆筒形通道相连并与反应器1的反应腔相通。
75.第二容器10中还设有第二电极，第二容器与反应腔之间还设有质子交换膜12。
76.第二容器10与反应腔中均设有电解液。
77.第二容器10与反应腔之间通道通过两个法兰13连接。质子交换膜12设于两个法兰13之间。
78.综上，本发明的实施例的用于催化二氧化碳还原的反应装置，能够有效的提高催化还原反应的效率。
79.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。