一种光驱动催化转化平板反应系统及其构建方法和应用

本发明属于光催化，具体是一种光驱动催化转化平板反应系统及其构建方法和应用。

背景技术：

1、基于太阳能的人工转化技术可有效驱动污染物修复、水分解、二氧化碳还原、固氮和烷烃转化等，是一种极具战略意义和发展潜力的人工技术，然而，大多数微/纳粉体催化剂在催化过程中普遍存在微观结构不稳定、回收困难等问题，严重限制了光催化技术的实际应用。虽然，将微/纳米粉体光催化剂固定在大尺寸基底材料上，可以有效增强活性催化剂的结构稳定性，实现更方便、更简单的分离，极大地满足实际应用所需的技术指标，但是，光催化材料对激发光源的高度依赖性，使得支撑基材应满足特殊要求，比如支撑基材的结构或形状应有利于粉体光催化剂的高度分散、应具有较大的展开面积等，从而便于收集更多的光子能量。

2、目前，国内还没有适用于不同形态光催化材料的光驱动催化反应系统，尤其是没有适用于固定粉体催化材料的反应系统，严重阻碍了光催化技术的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种光驱动催化转化平板反应系统及其构建方法和应用，适用于不同形态的光催化材料，可应用于不同的反应体系。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种光驱动催化转化平板反应系统，包括空心长方体状的平板模具，平板模具的上下面开口并盖有玻璃板从而形成反应室，反应室内部固定有光催化材料；

4、所述平板模具的开口处设有下凹的台面，台面上粘贴有能够与玻璃板紧密贴合的橡胶密封圈，玻璃板的四周夹持有若干个固定夹使其与平板模具固定连接；

5、所述平板模具的侧面固定连接有用于向反应室内通入反应液的进水口和用于排出产物的出水口，出水口连接有水气分离瓶，水气分离瓶连接有气体收集装置。

6、进一步地，所述光催化材料为薄膜状或粉体状的有机-无机复合材料，有机-无机复合材料的有机相为pvdf，无机相为无机半导体光催化材料。

7、进一步地，所述无机半导体光催化材料为tio2、cds或bi2o3。

8、进一步地，所述平板模具内壁固定连接有用于夹持薄膜状有机-无机复合材料的固定器。

9、进一步地，所述平板模具和固定器均由聚四氟乙烯制成。

10、进一步地，所述进水口连接有蠕动泵。

11、进一步地，所述玻璃板为石英玻璃或光学玻璃。

12、一种光驱动催化转化平板反应系统的构建方法，包括如下步骤：

13、步骤1、根据实际尺寸需求，加工出空心长方体状且上下面开口的平板模具，在平板模具的侧面开设进水口和出水口，然后将橡胶密封圈粘贴于平板模具开口处下凹的台面上面；

14、步骤3、先将一块玻璃板放置于台面上，再把平板模具放置于玻璃板上面并使其下面开口完全被玻璃板盖住，将玻璃板与橡胶密封圈完全贴合，接着将光催化材料固定于平板模具内，然后将另外一块玻璃板盖在平板模具的上面开口处并与橡胶密封圈相贴合，将多个固定夹均匀地夹持于两块玻璃板的四周边缘，使玻璃板与平板模具相固定，从而形成反应室；

15、步骤3、将水气分离瓶连接于出水口，再把水气分离瓶与气体收集装置相连，从而形成光驱动催化转化平板反应系统。

16、进一步地，所述步骤3还包括在进水口连接蠕动泵。

17、一种光驱动催化转化平板反应系统在水污染物处理以及水分解制氢制氧领域的应用

18、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

19、本发明的反应系统不仅具有较大的展开面积，利于光催化材料分散并收集更多的光子能量，反应室内部可以固定包括但不限于粉体和薄膜状的不同形态的光催化材料，从而可以进行不同的气液相反应，而且在实际应用过程中，可根据实际需要加工平板模具的尺寸，并通过增加反应系统的数量进一步调整实际使用面积，所以适用于规模化生产；此外，通过固定夹将玻璃板与平板模具相连，便于更换光催化材料，利于反应系统的多次重复使用；可见，本发明的光驱动催化转化平板反应系统结构简单，易于操作，适用于水污染物处理和水分解制氢制氧等不同的反应体系，对推动光催化技术的实际应用具有显著意义。

20、通过固定器将薄膜状有机-无机复合材料固定于反应室内部，便于其充分舒展，提高了与太阳光的接触面积，加快了反应速率。

技术特征：

1.一种光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，包括空心长方体状的平板模具(4)，平板模具(4)的上下面开口并盖有玻璃板(1)从而形成反应室，反应室内部固定有光催化材料(2)；

2.根据权利要求1所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述光催化材料(2)为薄膜状或粉体状的有机-无机复合材料，有机-无机复合材料的有机相为pvdf，无机相为无机半导体光催化材料。

3.根据权利要求2所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述无机半导体光催化材料为tio2、cds或bi2o3。

4.根据权利要求2所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述平板模具(4)内壁固定连接有用于夹持薄膜状有机-无机复合材料的固定器(5)。

5.根据权利要求4所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述平板模具(4)和固定器(5)均由聚四氟乙烯制成。

6.根据权利要求1所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述进水口(7)连接有蠕动泵。

7.根据权利要求1所述的光驱动催化转化平板反应系统，其特征在于，所述玻璃板(1)为石英玻璃或光学玻璃。

8.一种如权利要求1～7任一项所述的光驱动催化转化平板反应系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的光驱动催化转化平板反应系统的构建方法，其特征在于，所述步骤3还包括在进水口(7)连接蠕动泵。

10.根据权利要求1～7任一项所述的光驱动催化转化平板反应系统在水污染物处理以及水分解制氢制氧领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种光驱动催化转化平板反应系统及其构建方法和应用，系统包括空心长方体状的平板模具，平板模具的上下面开口并盖有玻璃板从而形成密闭反应室，反应室内部固定有光催化材料；所述平板模具的开口处设有下凹的台面，台面上粘贴有能够与玻璃板紧密贴合的橡胶密封圈，玻璃的四周夹持有若干个固定夹使其与平板模具固定连接；所述平板模具的侧面固定连接有用于向反应室内通入反应液的进水口和用于排出产物的出水口，出水口连接有水气分离瓶，水气分离瓶连接有气体收集装置，适用于不同形态的光催化材料，可应用于不同的反应体系。

技术研发人员：李伟,廖国成,段汶,高凡凡
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10