连续流光催化N2还原装置

连续流光催化n2还原装置
技术领域
1.本发明属于能源催化技术领域，涉及连续流光催化n2还原装置。


背景技术：

2.采用绿色、可持续的方法取代现有的氮气固定工艺是必要的，近年来，光催化方法被认为是一种很有前途的解决方案，到目前为止，现有的光催化n2还原装置存在大量的缺陷：1.由于反应器设计的局限性，导致只能采用定量间歇式催化反应；2.反应时间长，对n2气源浪费过多；3.由于光催化反应器设计原因，导致取样口取样不方便；4.由于装置设计问题，导致反应器内残留过多空气，严重影响n2还原效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供连续流光催化n2还原装置，解决了现有光催化n2还原装置存在的不能连续催化反应、反应时间长、取样困难以及还原效率低的问题。
4.本发明所采用的技术方案是，连续流光催化n2还原装置，包括n2气瓶，n2气瓶通过原料流量监测计连接电动控制阀门，电动控制阀门通过电动控制阀门a连接多级环形急冷装置，多级环形急冷装置连接光反应器，光反应器通过三通阀b输出有两条通路；
5.其中一条通路为光反应器通过三通阀b连接电动控制阀门b，电动控制阀门b连接三通阀c；
6.另外一条通路为光反应器通过三通阀b连接电动控制阀门c，电动控制阀门c连接循环泵，循环泵连接三通阀c；
7.三通阀c通过三通阀d分别连接有排气管路和循环管路，循环管路连接电动控制阀门的输出端。
8.本发明的特点还在于：
9.其中电动控制阀门通过三通阀连接电动控制阀门a，循环管路连接三通阀；
10.其中光反应器顶部设有模拟太阳光源，光反应器底部设有搅拌器，光反应器上还开设有液体取样口，光反应器与三通阀b之间通过三通阀a连接压力仪表，光反应器外壁设有冷却水系统；
11.其中排气管路包括与三通阀d连接的电动控制阀门d，电动控制阀门d通过止逆阀连接排气监测烧杯，排气监测烧杯内填充有去离子水；
12.其中循环管路包括与三通阀d连接的电动控制阀门e，电动控制阀门e连接循环流量监测计，循环流量监测计连接电动控制阀门f，电动控制阀门f连接三通阀；
13.其中电动控制阀门c与循环泵之间还并接有备用循环泵。
14.本发明的有益效果是：
15.连续流光催化n2还原装置实现了极好的连续流动型催化技术；短反应时间高效率；反应装置价格低廉、性能稳定；取样方便，与传统光催化反应装置相比，本发明有如下优点：
16.本发明可以实现连续流动光催化n2还原反应，可以有效调控反应选择性和活性，大幅度提高了光催化n2还原活性；
17.本发明设置有多级环形急冷装置，可以急速将系统内的n2冷却至2℃以下，提高n2在纯水中的溶解度，进一步提升其光催化活性；
18.本发明设置有一备一用循环泵，可以有效延长泵的使用寿命和避免单一循环泵故障的情况下无法实验的情况；
19.本发明在每一个阀门处设置有阀组，防止在电动控制阀门故障的情况下，装置无法工作问题；并将电动控制阀门与流量监测计实现串级控制，有效避免故障产生，提升装置稳定性。
附图说明
20.图1是本发明的连续流光催化n2还原装置的结构示意图。
21.图中，1-1.电动控制阀门，1-2.电动控制阀门a，1-3.电动控制阀门b，1-4.电动控制阀门c，1-5.电动控制阀门d，1-6.电动控制阀门e，1-7.电动控制阀门f；2-1.三通阀，2-2.三通阀a，2-3.三通阀b，2-4.三通阀c，2-5.三通阀d，3-1.原料流量监测计；3-2.循环气流量监测计；4.多级环形急冷装置；5.模拟太阳光源；6.光反应器；7.搅拌器；8-1.循环泵，8-2.备用循环泵；9.止逆阀；10.排气监测烧杯；11.n2气瓶。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
23.实施例1：
24.本发明的连续流光催化n2还原装置具体实现过程如下：如图1所示，以n2还原为例，将连续流光催化n2还原装置中光反应器6各个部件用去离子水冲洗干净；将50mgag/agbr-δ-bi2o3光催化剂超声溶解在含有100ml去离子水溶液光反应器6中，并将光反应器6接入连续流光催化n2还原装置中，打开搅拌器7，先关闭电动控制阀门1-1、电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5、电动控制阀门e1-6，再打开电动控制阀门a1-2、电动控制阀门c1-4、电动控制阀门f1-7，然后打开循环泵8-1和备用循环泵8-2，打开电动控制阀门d1-5，抽真空10min；关闭电动控制阀门d1-5，打开原料流量监测计3-1流量设置为100-300ml/min，打开电动控制阀门1-1，观察光反应器6出口的压力监测仪表，压力恢复正压时，迅速关闭循环泵8-1和备用循环泵8-2、电动控制阀门c1-4，打开电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5，排气10min，往复三次；然后，关闭电动控制阀门1-1、电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5，打开电动控制阀门c1-4、电动控制阀门e1-6、循环泵8-1和备用循环泵8-2、循环气流量监测计3-2、模拟太阳光源5，循环气流量监测计3-2流量设置为150-300ml/min；
25.最后，通过液体紫外每间隔30min进行一次测样，累计测样6次；得到nh
4+
产率为364.2μmol
·
g-1
·
h-1
。
26.实施例2
27.本发明的连续流光催化n2还原装置具体实现过程如下：以n2还原为例，将连续流光催化n2还原装置中光反应器6各个部件用去离子水冲洗干净。将50mgagcl/δ-bi2o3光催化剂超声溶解在含有100ml去离子水溶液光反应器6中，并将光反应器6接入连续流光催化n2还
原装置中；打开搅拌器7，先关闭电动控制阀门1-1、电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5、电动控制阀门e1-6，再打开电动控制阀门a1-2、电动控制阀门c1-4、电动控制阀门f1-7，然后打开循环泵8-1和备用循环泵8-2，打开电动控制阀门d1-5，抽真空10min；关闭电动控制阀门d1-5，打开原料流量监测计3-1流量设置为100-300ml/min，打开电动控制阀门(1-1)，观察光反应器(6)出口的压力监测仪表，压力恢复正压时，迅速关闭循环泵8-1和备用循环泵8-2、电动控制阀门c1-4，打开电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5，排气10min，往复三次；然后，关闭电动控制阀门1-1、电动控制阀门b1-3、电动控制阀门d1-5，打开电动控制阀门c1-4、电动控制阀门e1-6、循环泵8-1和备用循环泵8-2、循环气流量监测计3-2、模拟太阳光源5，循环气流量监测计3-2流量设置为150-300ml/min；
28.最后，通过液体紫外每间隔30min进行一次测样，累计测样6次。得到nh
4+
产率为606μmol
·
g-1
·
h-1
。
29.综上所述，基于连续流光催化n2还原装置可以实现连续流动光催化n2还原反应，大幅度提高光催化n2还原活性，其稳定性、可重复性、安全性等性能优越，这为研究模拟真实条件铺平了道路。