一种基于催化剂催化转化的二氧化碳转化装置及方法与流程

本发明涉及二氧化碳转化，具体是涉及一种基于催化剂催化转化的二氧化碳转化装置及方法。

背景技术：

1、二氧化碳转化技术是通过使用各种化学、生物或物理方法将二氧化碳转化为有用的化学品或燃料。该技术旨在减少温室气体排放，并在同时创造经济价值。常见的二氧化碳转化技术包括：利用太阳能将二氧化碳和水转化成可用于生产燃料的合成氢，利用碳捕获和钙循环技术以及微生物产生发酵物等。虽然这些技术还需要进一步的研发和完善，但已经展现出潜力，可以作为减缓气候变化的重要手段之一。

2、二氧化钛光催化二氧化碳转化技术是指通过使用二氧化钛光催化剂和光能来实现二氧化碳转化的过程。二氧化钛具有良好的光催化性质，可以将可见光或紫外线光转化为电子和空穴对，并引发二氧化碳分子与其他反应物质(例如水)之间的化学反应，从而实现二氧化碳的转化。

3、在该技术中，二氧化钛通常作为光催化剂使用。当太阳光照射在表面上时，它会激活二氧化钛颗粒，使得其表面形成大量的电荷分布，并在分枝结构和孔洞内增加了化学反应的表面积和反应区域。通过这些机制，可以促进不同化学反应的发生，包括将二氧化碳转化为其他有机物和清洁能源。

4、二氧化钛光催化二氧化碳转化技术有望解决环境污染和能源问题，但目前仍需要更深入的研究和开发以实现实际应用。

5、现有的二氧化钛光催化二氧化碳转化装置不能进行连续转化，需要待反应容器内二氧化碳反应完成后，再次充入二氧化碳气体，转化效率低，且通过太阳光进行二氧化钛光催化二氧化碳转化效率低，因此需要一种高效且能连续对二氧化碳进行转化的反应装置。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于催化剂催化转化的二氧化碳转化装置及方法。

2、本发明的技术方案是：一种基于催化剂催化转化的二氧化碳转化装置，包括太阳能发电装置、风能发电装置、储能装置、反应装置、尾气收集器，反应装置的底部固定连接有进气管，反应装置的顶部固定连接有出气管，所述进气管和出气管均与反应装置的内部相连通，所述太阳能发电装置和所述风能发电装置与所述储能装置电性连接，所述储能装置与所述反应装置电性连接，所述反应装置有多个，多个反应装置之间通过出气管与进气管依次连接，第一个反应装置的进气管外接二氧化碳管道，最后一个反应装置的出气管与所述尾气收集器相连通；

3、所述反应装置包括外壳、内壳、进气装置、紫外线装置、电解装置、催化剂装置，所述内壳与所述外壳之间通过螺杆固定连接，所述进气装置安装在内壳的底部，且与进气管相连通，所述内壳的侧壁设有若干灯孔，所述紫外线装置有多个，多个紫外线装置分别设在内壳侧面外壁上，每个紫外线装置均包括安装板、紫外线灯，所述紫外线灯有若干个，若干个紫外线灯的外端分别固定连接在所述安装板上，所述安装板固定连接在所述内壳的侧面外壁，紫外线灯的内端通过所述灯孔嵌入内壳的内部；内壳与外壳的顶部设有多个电极安装孔，所述电解装置包括正极柱、负极柱、连接柱、调节器，所述正极柱和负极柱有多个，正极柱和负极柱通过所述连接柱与所述电极安装孔固定连接，所述调节器分别与所述连接柱的顶部和储能装置电性连接，所述内壳与外壳的一侧设有两个催化剂安装孔，所述催化剂装置通过两个所述催化剂安装孔与内壳和外壳固定连接。

4、进一步地，所述催化剂装置包括转动舵机、连接片、转动杆，所述转动舵机的固定连接在所述外壳的外壁，转动舵机的输出轴上安装有齿轮一，所述连接片有两个，两个连接片分别与两个催化剂安装孔螺纹连接，所述转动杆有两个，两个转动杆分别与两个连接片转动连接，所述转动杆的内端固定连接有催化剂笼，所述催化剂笼内装有催化剂，所述转动杆的外端固定连接有齿轮二，两个齿轮二分别与所述齿轮一啮合传动。

5、说明：通过转动舵机使催化剂笼转动，进而带动催化剂转动，有利于促进催化剂与蒸馏水中各反应物质充分结束，进而提高二氧化碳转化效率。

6、进一步地，所述储能装置包括电池组、滤波器、整流器、逆变器，所述逆变器与所述电池组电性连接，所述整流器与所述风能发电装置电性连接，所述滤波器与所述太阳能发电装置和整流器电性连接。

7、说明：风力发电产生的交流电通过整流器转变成脉冲直流电，脉冲直流电再通过滤波器转化成平稳的纯直流电，然后存储在电池组中，电池组中的直流电通过逆变器，将直流电转化成交流电供给转动舵机，电池组中的直流电直接供给调节器，调节器调节适合反应的电压强度和电流强度，进行二氧化钛光解水。

8、进一步地，所述进气装置包括微孔曝气管、主气管，所述主气管固定连接在所述内壳的内壁，且与所述进气管相连通，所述微孔曝气管有多个，多个微孔曝气管与所述主气管侧面相连通。

9、说明：通过微孔曝气管将进入管道反应装置内的二氧化碳气体均匀分布在反应装置内部，能有效提高二氧化碳转化效率。

10、进一步地，所述反应装置的上方设有进水管，所述反应装置的底部设有排水管、所述排水管和所述注水管均与所述反应装置的内部相连通，排水管末端安装有排水阀。

11、说明：进水管用于与反应装置内加水，排水阀用于排出反应装置内多余的水。

12、进一步地，所述尾气收集器包括吸气泵、集气管、集气瓶，所述吸气泵的进气口与最后一个反应装置的出气管末端相连通，所述吸气泵的出气口通过所述集气管与所述集气瓶相连通，所述集气瓶上安装有用于监测集气瓶内部气压的气压检测器，所述集气管上安装有手动阀。

13、说明：通过尾气收集器将产生的甲烷气体进行收集，吸气泵增强集气瓶内气压，使甲烷液化，气压检测器可以检测集气瓶内甲烷气体是否收集至集气瓶容量上限，更换集气瓶时关闭手动阀，能有效防止甲烷气体外泄。

14、进一步地，所述储能装置还包括plc控制器，所述plc控制器与所述转动舵机、紫外线灯、电解装置电性连接，所述内壳的内部安装有压力传感器，所述压力传感器与所述plc控制器电性连接。

15、说明：通过plc控制器，可以实现自动化控制，便于控制各用电原件的启停，便于检测反应装置内蒸馏水的压力，压力不足时应当添加蒸馏水，以确保反应装置处于最佳反应条件。

16、进一步地，所述出气管中部安装有二氧化碳含量检测器，所述二氧化碳含量检测器与所述plc控制器电性连接。

17、说明：通过二氧化碳含量检测器，可以检测二氧化碳含量，从而计算出二氧化碳转化效率，根据进气量的大小，进而计算需要连接多少个反应装置才能对二氧化碳进行连续且彻底的转化。

18、进一步地，所述内壳底部固定连接有电加热板，内壳内壁固定连接有温度传感器，所述温度传感器和所述电加热板分别与所述plc控制器和储能装置电性连接。

19、说明：电加热板能给化学反应提供适当温度，增强分子间的运动，有助于提高二氧化碳转化效率。

20、进一步地，上述一种基于催化剂催化转化的二氧化碳转化装置的工作方法，包括以下步骤：

21、s1、将蒸馏水加入每个反应装置的内部，将第一个反应装置的进气管外接二氧化碳管道，二氧化碳进入进气管后，通过进气装置使二氧化碳进入内壳内部；

22、s2、太阳能发电装置和风能发电装置所产生的电能储存在储能装置内部，通过储能装置将电能供给反应装置的用电器；

23、s3、电解装置中的正极柱和负极柱对蒸馏水进行电解，电解产生氢离子，氢离子与二氧化碳产生反应，产生甲酸，甲酸继续与氢离子反应产生甲醛，甲醛继续与氢离子反应产生甲醇，甲醇继续与氢离子反应产生甲烷；

24、s4、未能参加化学反应的二氧化碳气体以及中间态气体进入下一个反应装置，直至所有二氧化碳气体反应生产甲烷气体，最后将甲烷存储在集气瓶中进行保存。

25、本发明的有益效果是：

26、(1)本发明的为反应装置提供的能源采用风能或太阳能发电，属于可再生能源，不会对环境造成污染。

27、(2)本技术的采用二氧化碳光催化转化技术对二氧化碳进行转化，反应的最终产物为甲烷，可以进行回收利用，具有良好的经济价值。

28、(3)本技术通过多个反应装置串联，能够对二氧化碳进行连续不间断的转化，提高了二氧化碳的转化效率，且反应装置内的催化剂笼进行旋转的过程中，可以使催化剂充分与反应物质接触，提高了反应效率。

29、(4)本装置能够有效降低地球二氧化碳气体，有利于改善全球气候变暖，对可持续发展和碳中和具有重大意义。