自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统的制作方法

本实用新型属于光催化技术领域，涉及一种能够自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统。

背景技术：

光催化技术已被广泛认为是一项最有潜力的太阳能利用技术，并且在能源和环境领域有着重要应用前景。光催化技术实用化的关键是寻找高效、稳定且宽光谱响应的光催化材料。目前研究的光催化材料品种繁多，但能满足上述性能且达到实用化需求的产品尚少，因此仍需大力开展新型高性能光催化材料的研发。

不论是光催化分解水制备氢气和氧气还是光催化降解有机污染物，其最终产物大多是气体，而对于光催化反应所产生的气体进行快速准确的分析是研究新型高效光催化材料的重要部分。常规分析中对气体检测应用较多的方法是气相色谱法，常规气相色谱法分析气体样品时要进行转移、富集、进样等的繁琐操作，这种常规分析手段在气体样品导入导出时容易引入外部干扰物，无法准确地进行定量定性分析。因而寻找简单高效的检测方法是实现光催化材料有效应用的关键，是实现光催化技术逐渐从实验室的理论研究走向实际应用的重要过程。

技术实现要素：

基于上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种能够自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，使用该检测系统可以实现对光催化反应的气体产物进行实时在线自动进样检测，具有高效、快速、准确、操作简单、绿色环保等特点。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案来实现的：

根据本实用新型，本实用新型提供的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，包括光催化反应装置和气相色谱仪，其特征在于，该在线检测系统还包括自吸式进样装置，所述自吸式进样装置包括自吸管和套在该自吸管上的自吸套管，自吸套管上设置有载气接入口，用于通入载气；所述自吸式进样装置的一端通过自吸管与光催化反应装置连接，在该端处自吸套管管口是封闭的；所述自吸式进样装置的另一端通过自吸套管与气相色谱仪的进样口连接，自吸管管口位于自吸套管内。

有益效果：

本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，可以实现光催化反应产物实时向气相色谱仪的进样口自动进样，完成在线分析检测，省去了现有技术中重复拆管路、抽真空进样的繁琐操作步骤，具有高效、快速、准确、操作简单、绿色环保等优点。

本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，适用于纳米材料、金属有机框架材料或其它光催化材料对烷烃、烯烃、炔烃、甲醛等物质的在线光催化反应，例如TiO2-Pt对甲醛的光催化反应，对反应产物进行在线分析检测。

附图说明

图1是本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1光催化反应管中未放入TiO2材料的甲醛光催化反应色谱图；

图3是本实用新型实施例1光催化反应管中放入TiO2材料的甲醛光催化反应色谱图；

图4是本实用新型实施例2光催化反应管中未放入TiO2-Pt材料的甲醛光催化反应色谱图；

图5是本实用新型实施例2光催化反应管中放入TiO2-Pt材料的甲醛光催化反应色谱图。

具体实施方式

下面结合附图，详细地描述本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统。

图1示出了本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型提供的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，包括光催化反应装置10和气相色谱仪30，其特征在于，该在线检测系统还包括自吸式进样装置20，所述自吸式进样装置20包括自吸管21和套在该自吸管21上的自吸套管22，自吸套管22上设置有载气接入口23，用于通入载气；所述自吸式进样装置20的一端通过自吸管21与光催化反应装置10连接，在该端处自吸套管22的管口是封闭的；所述自吸式进样装置20的另一端通过自吸套管22与气相色谱仪30的进样口连接，自吸管21的管口位于自吸套管22内。

在本实用新型中，光催化反应装置10包括光催化反应气体输入管11、光催化反应管12和光催化产物输出管15。所述光催化反应管12的入口处设置有第一阀门13，用于控制反应气体的输入；光催化反应管12的出口处设置有第二阀门14，用于控制光催化产物的输出；所述第一阀门13和第二阀门14，例如可以为针型阀。所述光催化反应气体输入管11可以有一个入口，也可以通过三通部件转化成2个或多个入口。所述光催化反应管12可以由石英材质制成，根据不同需求体积可以设置为任意大小的光催化反应管，对其不作限定，例如，可以为1mL、2mL、5mL等等。所述光催化反应气体输入管11和催化产物输出管15可以为不锈钢管，例如直径为8mm的不锈钢管。

所述光催化反应装置10还包括支撑板16，用于支撑和固定光催化反应管12，在支撑板16上可以进一步设置有镜面17，用于将来自光源的光线再次反射到光催化反应管12中，以增强光照强度，促进光催化反应。所述支撑板16可以为不锈钢板，例如厚度可以为3mm。

所述自吸式进样装置20包括自吸管21和套在该自吸管21上的自吸套管22，自吸管21的直径可以为0.5mm～2.0mm，优选为1.5mm；自吸套管22的直径可以为1.0mm～2.5mm，优选为1.8mm。自吸套管22比自吸管21长出1～2mm，这样自吸式进样装置20通过自吸套管22与气相色谱仪30的进样口连接，而自吸管21的管口位于自吸套管22内，当由载气接入口23通入载气而在载气的作用下产生负压，使光催化反应产物从光催化反应管12经由自吸式进样装置20流入到气相色谱仪30的进样口，以进行分析检测。

光催化反应装置10的光催化产物输出管15可以通过输送管40与自吸式进样装置20的自吸管21连通，根据需要，可以在光催化产物输出管15上设置阀门以便于操作。

本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统根据需要还可将气相色谱仪30替换成气相色谱质谱联用仪。

在应用本实用新型的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统时，打开第一阀门13(此时第二阀门14关闭)，光催化反应气体输入到光催化反应管12中，当通入定量的反应气体之后，关闭第一阀门13，光照下进行光催化反应；当光催化反应完成或达到实验要求的程度后，打开第二阀门14，同时由载气接入口23通入载气，自吸式进样装置20的自吸管21和自吸套管22之间在载气的作用下产生的负压，使光催化反应产物从光催化反应管12经由自吸式进样装置20流入到气相色谱仪30的进样口，进行分析检测。

应用实施例1

研究TiO2材料对甲醛的光催化

采用图1所示的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，在光照(外接光源，图中未示出)的情况下，研究TiO2材料对甲醛的光催化作用。

材料、仪器、条件

TiO2材料：上海阿拉丁生化科技股份有限公司购得，99.8％metals basis，10nm～25nm；

纯净空气：21％氧气+79％氮气；

50ppm甲醛气体(平衡气为氦气)；

岛津2014C型气相色谱仪；

TCD检测器；

载气：氦气；

进样口温度：110℃；

柱箱温度：110℃；

检测器温度：150℃；

TDX-01填充柱(柱长1m，内径3.00mm，由岛津公司购得)；

载气流速：50ml/min；

桥流：150mA；

光源：Microsolar300高性能模拟日光氙灯光源(北京泊菲莱公司购得)。

采用图1所示的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统(此时光催化反应管12中未放入TiO2材料)，打开第一阀门13(此时第二阀门14关闭)，通入1：1体积比的纯净空气与甲醛气体(50ppm甲醛气体，氦气作为平衡气体)，当通入定量的反应气体之后，关闭第一阀门13，光照下进行光催化反应10min，打开第二阀门14，同时由载气接入口23通入载气，自吸式进样装置20的自吸管21和自吸套管22之间在载气的作用下产生的负压，使光催化反应产物从光催化反应管12经由自吸式进样装置20流入到气相色谱仪30的进样口，进行分析检测。其色谱图如图2所示，可以看到在TDX-01色谱柱中，空气与甲醛无法得到有效分离，所以在色谱图图2中表现为混合单峰；空气+甲醛峰前的基线波动是由于样品气体中平衡气体氦气造成的。

在光催化反应管12中放入TiO2材料，重复上述实验，色谱图如图3所示。

比较图2、图3可以发现，TiO2材料在光照下在空气环境下将甲醛催化降解成为二氧化碳与水(H2O在TCD检测器中无响应)。

应用实施例2

研究TiO2-Pt材料对甲醛的光催化

采用图1所示的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统，在光照(外接光源，图中未示出)的情况下，研究TiO2-Pt材料对甲醛的光催化作用。

材料、仪器、条件

TiO2-Pt材料；

纯净空气：21％氧气+79％氮气；

50ppm甲醛气体(平衡气为氦气)；

岛津2014C型气相色谱仪；

TCD检测器；

载气：氦气；

进样口温度：110℃；

柱箱温度：110℃；

检测器温度：150℃；

TDX-01填充柱(柱长1m，内径3.00mm，由岛津公司购得)；

载气流速：50ml/min；

桥流：150mA；

光源：Microsolar300高性能模拟日光氙灯光源(北京泊菲莱公司购得)。

采用图1所示的自吸式自动进样的光催化反应在线检测系统(此时光催化反应管12中未放入TiO2-Pt材料)，打开第一阀门13(此时第二阀门14关闭)，通入1：1体积比的纯净空气与甲醛气体(50ppm甲醛气体，氦气作为平衡气体)，当通入定量的反应气体之后，关闭第一阀门13，光照下进行光催化反应10min，打开第二阀门14，同时由载气接入口23通入载气，自吸式进样装置20的自吸管21和自吸套管22之间在载气的作用下产生的负压，使光催化反应产物从光催化反应管12经由自吸式进样装置20流入到气相色谱仪30的进样口，进行分析检测。其色谱图如图4所示，可以看到在TDX-01色谱柱中，空气与甲醛无法得到有效分离，所以在色谱图图4中表现为混合单峰；空气+甲醛峰前的基线波动是由于样品气体中平衡气体氦气造成的。

在光催化反应管12中放入TiO2-Pt材料，重复上述实验，色谱图如图5所示。

比较图4、图5可以发现，TiO2-Pt材料在光照下在空气环境下将甲醛催化降解成为二氧化碳与水(H2O在TCD检测器中无响应)。

并且比较图3、图5可以发现，负载了Pt的TiO2材料光催化性能更加优异。