一种集束管式光催化反应装置

本发明涉及光反应设备，尤其涉及一种集束管式光催化反应装置。

背景技术：

1、光催化技术广泛应用于尾气净化、空气污染物脱除、co2还原等领域。在光催化反应中，反应器作为光催化的核心设备为反应提供光源与反应介质传输交换的场所。目前，中试的反应器一般采用间接釜式反应器、板式固定床接触式反应器，存在着传质阻力大、光穿透力较低及放大效应的影响，导致反应效率较低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种集束管式光催化反应装置，解决现有技术传质阻力大、光穿透力较低等导致的反应效率低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明一种集束管式光催化反应装置，包括一个定位壳体和多根反应单元管，所述定位壳体的内部安装有集束法兰，多根所述反应单元管贯穿连接在所述集束法兰内，所述定位壳体的底部和顶部开设有进料口和出料口，所述进料口和出料口通过管道与集料箱连通。

4、优选的，所述定位壳体包括一个反应器壳体和两个端盖，所述端盖通过螺栓或卡接密封连接在所述反应器壳体的上下端，上方的所述端盖上开设有出料口，下方的所述端盖上开设有进料口。

5、优选的，所述集束法兰设置有两个且平行布置，所述集束法兰的中心开设有多个定位孔，所述反应单元管从所述定位孔内贯穿通过，所述集束法兰靠近外周设置有多个安装孔，连接螺钉贯穿所述端盖上的通孔后旋紧连接在所述安装孔上，使得所述端盖与集束法兰连接在一起。

6、优选的，所述安装孔设置为两个、三个或四个且呈圆周均布。

7、优选的，所述反应单元管包括可拆卸式连接的管式光源和催化剂固定片，所述管式光源内部沿轴向开设有多个槽口，所述催化剂固定片的两侧边缘竖直向下嵌入连接到所述槽口内，所述管式光源的底部通过电线与电源连接。

8、优选的，所述催化剂固定片为长条形片状，设置单一的一字型结构或多片交叉结构，采用多片交叉结构时至少其中一个固定片的宽度与一组所述槽口的宽度相对应，所述催化剂固定片上分布有催化剂，所述催化剂通过浸渍、超声分散的方式进行负载。

9、优选的，所述催化剂固定片采用不锈钢、玻璃、石英、四氟、聚乙烯、聚丙烯、亚克力、铝合金、三氧化二铝、二氧化硅中的一种或几种材料制成。

10、优选的，所述管式光源的光强度可调，光强度为1mw/cm2～500mw/cm2，波长为全波段光谱。

11、优选的，所述管式光源的内径设置为0.1mm～1000mm，高径比为1:1～500:1。

12、优选的，所述反应器壳体采用双层筒体结构，所述双层筒体的隔层内腔中填充有保温液，所述双层筒体的外筒壁上连接有进液管和出液管，所述进液管和出液管通过管道与外部保温加热装置连通。

13、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

14、本发明一种集束管式光催化反应装置，包括一个定位壳体和多根反应单元管，其中定位壳体包括一个反应器壳体和上下两端的端盖，反应单元管包括可拆卸式连接的管式光源和催化剂固定片。使用时，首先将催化剂固定片在超声槽中将纳米mof材料均匀分散在催化剂固定片上，晾干后装入管式光源内部，构成反应单元管；再将多个反应单元管插入集束法兰后放入反应器壳体中，之后连接管式光源的电源，将反应器壳体与上下两个集束法兰及上下法兰盖通过螺栓或卡扣连接在一起，并在连接处设置密封圈，保证光催化反应器的密闭性；最后，下方的法兰盖上的进料口连接进料管路，上端的出料口上连接出料管路，通入待处理物质进行催化反应。当催化剂失活或者反应结束后，拆卸法兰盖，卸下催化剂固定片，然后进行清洗催化剂再生分散后，再装入反应单元管中进行下一轮的重新反应。

15、本发明布局合理，结构紧凑，集成式设计，将管式光源和催化剂固定片组合集成为单个的反应单元管，组装作业方便快捷，光源直接照射在催化剂上，将催化剂反应效果加大，且提高反应效果和速度，为大规模连续生产提供了可靠的反应装置。

技术特征：

1.一种集束管式光催化反应装置，其特征在于：包括一个定位壳体和多根反应单元管(6)，所述定位壳体的内部安装有集束法兰(3)，多根所述反应单元管(6)贯穿连接在所述集束法兰(3)内，所述定位壳体的底部和顶部开设有进料口(7)和出料口(8)，所述进料口(7)和出料口(8)通过管道与集料箱连通。

2.根据权利要求1所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述定位壳体包括一个反应器壳体(5)和两个端盖(4)，所述端盖(4)通过螺栓或卡接密封连接在所述反应器壳体(5)的上下端，上方的所述端盖(4)上开设有出料口(8)，下方的所述端盖(4)上开设有进料口(7)。

3.根据权利要求2所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述集束法兰(3)设置有两个且平行布置，所述集束法兰(3)的中心开设有多个定位孔(301)，所述反应单元管(6)从所述定位孔(301)内贯穿通过，所述集束法兰(3)靠近外周设置有多个安装孔(302)，连接螺钉贯穿所述端盖(4)上的通孔后旋紧连接在所述安装孔(302)上，使得所述端盖(4)与集束法兰(3)连接在一起。

4.根据权利要求3所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述安装孔(302)设置为两个、三个或四个且呈圆周均布。

5.根据权利要求1所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述反应单元管(6)包括可拆卸式连接的管式光源(1)和催化剂固定片(2)，所述管式光源(1)内部沿轴向开设有多个槽口(101)，所述催化剂固定片(2)的两侧边缘竖直向下嵌入连接到所述槽口内，所述管式光源(1)的底部通过电线与电源连接。

6.根据权利要求5所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述催化剂固定片(2)为长条形片状，设置单一的一字型结构或多片交叉结构，采用多片交叉结构时至少其中一个固定片的宽度与一组所述槽口(101)的宽度相对应，所述催化剂固定片(2)上分布有催化剂(201)，所述催化剂(201)通过浸渍、超声分散的方式进行负载。

7.根据权利要求6所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述催化剂固定片(2)采用不锈钢、玻璃、石英、四氟、聚乙烯、聚丙烯、亚克力、铝合金、三氧化二铝、二氧化硅中的一种或几种材料制成。

8.根据权利要求6所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述管式光源(1)的光强度可调，光强度为1mw/cm2～500mw/cm2，波长为全波段光谱。

9.根据权利要求6所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述管式光源(1)的内径设置为0.1mm～1000mm，高径比为1:1～500:1。

10.根据权利要求2所述的集束管式光催化反应装置，其特征在于：所述反应器壳体(5)采用双层筒体结构，所述双层筒体的隔层内腔中填充有保温液，所述双层筒体的外筒壁上连接有进液管(501)和出液管(502)，所述进液管(501)和出液管(502)通过管道与外部保温加热装置连通。

技术总结
本发明公开了一种集束管式光催化反应装置，涉及光反应设备技术领域，包括一个定位壳体和多根反应单元管，所述定位壳体的内部安装有集束法兰，多根所述反应单元管贯穿连接在所述集束法兰内，所述定位壳体的底部和顶部开设有进料口和出料口，所述进料口和出料口通过管道与集料箱连通。本发明布局合理，结构紧凑，集成式设计，将管式光源和催化剂固定片组合集成为单个的反应单元管，组装作业方便快捷，光源直接照射在催化剂上，将催化剂反应效果加大，且提高反应效果和速度，为大规模连续生产提供了可靠的反应装置。

技术研发人员：黄毅,易群,佘远斌,裴丰,王可可,史利娟,郭慧娟
受保护的技术使用者：武汉工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17