一种光催化降解NOx反应及测试系统的制作方法

本实用新型涉及光催化反应装置领域，具体为一种光催化降解nox反应及测试系统。

背景技术：

近年来，伴随经济的高速发展，空气质量问题愈发突出，大气污染物水平居高不下，能源使用过程中产生的污染物排放是造成严重雾霾的主要原因，nox是使大气氧化性增强的关键污染物，nox排放到大气以后，由于价态低，在大气中自由基的氧化作用下，发生复杂的化学反应，生成高价态的硝酸盐，这是pm2.5的主要组成部分，严重影响人体健康。利用光催化材料将有害的nox在大气环境下通过光催化材料降解为硝酸盐，从而达到净化的目的，特别是对降解室内环境污染物气体具有重要意义。这种环保的环境治理方式已经成为研究热点，现阶段不能通过实验室条件完全模拟大气环境，特别是不能准确控制大气组分、光照及温度等因素，从而导致不能准确的验证光催化材料的催化降解效果。

公开号为cn110314542a，名称为光催化还原co2的光催化系统的发明专利申请中，公布了一种光催化还原co2的装置，虽然，但是该反应系统缺乏气氛湿度控制装置和反应釜内气氛流动控制装置，无法模拟大气环境，可能会对光催化结果的准确性产生影响；此外，该系统仅限于co2的光催化降解测量，应用环境较为单一；因此，急需一种光催化降解nox反应及测试系统来解决这个问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光催化降解nox反应及测试系统，以解决现有光催化实验装置无法模拟大气环境中气体流动的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种光催化降解nox反应及测试系统，包括供气瓶组、管路、多个阀件、多个测压装置、测温装置、多个流量计、湿度发生器、混气系统、光催化反应釜、光源、气体循环装置和气氛测量仪，其中：

阀件包括减压阀、电磁阀、三通阀和放空阀，供气瓶组包括光催化反应模拟大气环境所需气氛气源，与水发生反应的气源气瓶通过依次连接的减压阀、测压装置、流量计和电磁阀连接至混气系统，其余各气瓶通过依次连接的减压阀、测压装置、流量计和电磁阀依次连接湿度发生器、电磁阀和混气系统；

混气系统用于气氛的混合，混气系统的出气端通过进气管路连通至光催化反应釜，进气管路上设有放空阀、减压阀和电磁阀；

湿度发生器的进气和出气端分别连接有一个三通阀，两个三通阀的一端通过气管直接连通；

光催化反应釜的下腔体由外向内包括外壳体、填充有保温材料的保温层、连通有循环冷却装置的循环水冷却层、电连接有电阻式加热装置的电阻丝加热层和内壳体，光催化反应釜上端开口且设有与之密封可拆卸连接的反应釜顶盖，反应釜顶盖具有水平设置的透光密封窗口，反应釜顶盖还配置有一个测压装置和一个测温装置，用于测量光催化反应釜下腔体内的温度和压力；

气体循环装置的吸气口和送气口均设置有电磁阀并分别连通光催化反应釜；

光源安装于密封窗口上方，照射方向朝向下腔体内；

气氛测量仪通过设有电磁阀的吸气管路连通至光催化反应釜，用于测量其内的气氛组成。

优选的，气体循环装置的吸气口连通光催化反应釜的下腔体内部底端，送气口连通下腔体内部顶端。

优选的，光源采用氙灯，下端安装有滤光片，光催化反应釜的一侧设置有光源升降台，光源固定安装在光源升降台上，光源升降台配置有高度调节装置，高度调节装置采用伺服滚珠丝杠机构，用于调节光源到光催化反应釜的距离。

优选的，供气瓶组还设有两条预留管路并安装有预留阀，两条预留管路分别连通混气系统和湿度发生器的进气端；

优选的，光催化反应釜下腔体上端的一侧设有放空管路，放空管路上设有电磁阀和放空阀。

优选的，密封窗口为无色光学玻璃，密封窗口与反应釜顶盖可拆卸连接，且连接缝隙处设有弹性密封圈密封。

优选的，混气系统的一侧上下两端分别开设有一个进气口，另一侧上端开设有出气口，混气系统为矩形且内部上端和下端竖直设置有多个引流隔板，引流隔板的竖直方向长度比混气系统内部高度短，相邻的引流隔板间距为5mm，混气系统内最接近开设有进气口一侧的引流隔板固定安装在下端，各引流隔板与其相邻的引流隔板固定安装在不同端，混气系统内最接近开设有出气口一侧的引流隔板固定安装在上端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该光催化降解nox反应及测试系统，可以更好地模拟大气环境，能够更加准确地模拟大气环境下光催化降解nox反应，更加准确的进行光催化效果检验。

2、该光催化降解nox反应及测试系统，具有湿度发生器，且配备三通阀，可根据试验设定控制气体流向，选择是否需要加湿，准确控制反应气体湿度，能够准确模拟不同的大气环境。

3、该光催化降解nox反应及测试系统，具有气体循环装置，具备静态和动态两套方案，可模拟密闭环境和空气流动的开放环境，使得模拟光催化条件更加准确多样。

4、该光催化降解nox反应及测试系统，还可以通过控制装置实现各参数的实时监测和调控，根据试验参数设定，可以实现自动模拟自然环境下光催化降解nox气体反应。

5、该光催化降解nox反应及测试系统，具有安装有预留阀的预留管路，并不仅限于光催化降解nox气体的反应与测试，可更换气源和气氛测量仪，实现光催化降解其他气体(如vocs、co2等)的反应和测量，应用更加广泛。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型的光催化反应釜、光源和光源升降台的一种实施方式的结构示意图。

图中：1供气瓶组、2阀件、3测压装置、4测温装置、5流量计、6湿度发生器、7混气系统、8光催化反应釜、9光源、10光源升降台、11气体循环装置、12气氛测量仪、13控制装置、8-1循环水冷却层、8-2保温层、8-3电阻丝加热层、8-4反应釜密封圈、8-5反应釜顶盖、8-6光学玻璃密封圈、8-7无色光学玻璃、9-1滤光片、10-1高度调节装置。

具体实施方式

一种光催化降解nox反应及测试系统，包括供气瓶组1、管路、多个阀件2、多个测压装置3、测温装置4、多个流量计5、湿度发生器6、混气系统7、光催化反应釜8、光源9、气体循环装置11和气氛测量仪12，还可以通过增加控制装置13进行更自动化的操控；具体结构及作用如下：

供气瓶组1：由光催化反应模拟大气环境所需气氛气源组成，通过减压阀、测压装置、流量计、电磁阀依次连接湿度发生器与混气系统，其中与水发生反应的气体不经过湿度发生器，直接连至混气系统。

阀件2：主要包括减压阀、电磁阀、三通阀和放空阀；减压阀控制气路流入气流压力，电磁阀控制气路开放与闭合，三通阀用于控制多路气流流向，放空阀在气压超限情况，自动放空气路，保证气路安全；各类控制阀可以与控制装置13连接，例如plc，可实现气路全自动精确控制。

测压装置3和测温装置4：测压装置用于检测各气路气流压力，测温装置主要用于测量反应釜内反应气体实时温度。

湿度发生器6：为市面常见湿度发生器，在一定条件下能发生水蒸气含量恒定且可知的气流或气氛，可在相对湿度为3-90％rh的范围内精确控制，湿度稳定性可达±0.2％，湿度发生器配备三通阀，可根据试验设定控制气体流向，选择是否需要加湿。

混气系统7：主要用于光催化反应气体的混合，使气体组分均匀。

光催化反应釜8：光催化反应釜为光催化反应发生容器，下腔体由外而内，需包括外壳体、保温层、循环水冷却层、电阻丝加热层和内壳体五部分；保温层填充保温材料，循环水冷却层连接循环冷却装置，冷却液可以为去离子水，电阻丝加热层连接电阻式加热装置，内、外壳体可以采用钢铁材料。

反应釜顶盖应具有透光的密封窗口，密封窗口可采用无色光学玻璃，以降低光透过时的损失，更准确的模拟自然光；密封窗口可以采用钢圈压片、弹性密封圈与螺纹结构压紧密封，实现密封可拆卸连接，也可采用其他结构实现；反应釜顶盖配备测压装置和测温装置，压力和温度感应端设置于下腔体内。

气体循环装置11，可实现光催化反应静态和动态两套方案，静态气体循环装置关闭，模拟密闭环境；动态气体循环装置开启，模拟空气流动的开放环境，气体循环量可根据测试要求调节；气体循环装置11可以为市面常见气体循环泵；气体循环装置11的吸气口和送气口分别位于反应釜下腔体顶端和底端，采用“上吸出，下送入”的方式，保证动态情况下反应釜内气体充分流动，充分模拟大气环境。

光源9：光催化实验大部分需要模拟太阳光，氙灯光源有着与太阳光相似的光谱，因此光源9最好采用高光功率全波段氙灯光源，其波长连续分布，覆盖紫外区、可见光区和红外区；光源下端安装有可以更换的滤光片，可模拟多种光照环境。

光源升降台10：主要用于安装光源9，光源升降台配备高度调节装置，能够实现精确调节光源距光催化反应釜距离。

气氛测量仪12：用于检测反应釜内光催化前、后气体组分，可以采用内置抽气泵的市面常见型号，也可外接抽气泵。

控制装置13：控制装置13与各阀件2、各测压装置3、测温装置4、各流量计5、湿度发生器6、循环冷却装置11、电阻式加热装置、光源9、气体循环装置11和气氛测量仪12分别电连接；控制装置13包括信息采集模块和信息处理模块，信息采集模块采集压强、温度、光照强度以及气体组份等信息，同时可以输入实验设定值，并通过信息处理模块以及设定值进行调节与控制；信息处理模块用于接收气氛测量仪12的结果以及设定值对各装置实时调控；例如：测压装置3检测各气路气流压力，反馈给控制装置13，实现气路压力精准控制；测温装置4测量反应釜内反应气体实时温度，反馈给控制装置13，实现反应釜内反应气体温度精准控制；湿度发生器6与控制装置13相连，可实现混合气湿度自动化精准控制；循环冷却装置和电阻丝加热装置连接控制装置13，可实现光催化反应釜内反应气体温度精准控制；反应釜顶盖的测压和测温装置，与控制装置13连接，实时检测光催化反应釜内压力温度，并反馈给控制装置13，可根据设定值做出实时调节，实现反应釜内压力和温度的全自动精准控制；气体循环装置11连接控制装置13，可实现周期性模拟密闭与开放环境；光源9与控制装置13连接，可用于模拟24h光照强度及不同波长光源照射；气氛测量仪12与控制装置13连接，测量信息可以直接反馈给控制装置13，控制装置13还可以连接电脑或互联网，方便远程查看；控制装置13可采用市面常见plc，上述的常规控制本领域技术人员均很容易实现。

实施例：

请参阅图1，本实施例提供的一种光催化降解nox反应及测试系统，包括供气瓶组1、管路、多个阀件2、多个测压装置3、测温装置4、多个流量计5、湿度发生器6、混气系统7、光催化反应釜8、光源9、气体循环装置11和气氛测量仪12，本实施例还可以设置有控制装置13，控制装置13与各阀件2、各测压装置3、测温装置4、各流量计5、湿度发生器6、循环冷却装置、电阻式加热装置、光源9、气体循环装置11和气氛测量仪12分别电连接；其中：

阀件2包括减压阀、电磁阀、三通阀和放空阀，供气瓶组1包括光催化反应模拟大气环境所需气氛气源，与水发生反应的气源气瓶通过依次连接的减压阀、测压装置3、流量计5和电磁阀连接至混气系统7，其余各气瓶通过依次连接的减压阀、测压装置3、流量计5和电磁阀依次连接湿度发生器6、电磁阀和混气系统7；控制装置13收集实时数据，依据实验设定值对反应系统气体组分、压力进行控制；

混气系统7用于气氛的混合，混气系统7的出气端通过进气管路连通至光催化反应釜8，进气管路上设有放空阀、减压阀和电磁阀；混气系统7可以采用如图1所示的矩形层状结构，层状结构折返式排列，层间距5mm，具体结构可以为混气系统7的一侧上下两端分别开设有一个进气口，另一侧上端开设有出气口，混气系统7为矩形且内部上端和下端竖直设置有多个引流隔板，引流隔板的竖直方向长度比混气系统7内部高度短，相邻的引流隔板间距为5mm，混气系统7内最接近开设有进气口一侧的引流隔板固定安装在下端，各引流隔板与其相邻的引流隔板固定安装在不同端，混气系统7内最接近开设有出气口一侧的引流隔板固定安装在上端，层状结构能够大大增加混气均匀性，低密度气体从最外层底部通入，高密度从最外层顶部通入，便于混合，所有气体经层状结构折返混合后，从最外层顶部进入光催化反应釜；混气系统7也可以采用其他现有的装置实现气体的混合；

湿度发生器6可实现混合气湿度自动化精准控制，其进气和出气端分别连接有一个三通阀，两个三通阀的一端通过气管直接连通，可根据试验设定控制气体流向，选择是否需要加湿；

请参阅图2，光催化反应釜8可以采用如下结构：下腔体由外向内包括外壳体、填充有保温材料的保温层8-2、连通有循环冷却装置的循环水冷却层8-1、电连接有电阻式加热装置的电阻丝加热层8-3和内壳体，循环冷却装置和电阻丝加热装置与控制装置13连接，便于实现光催化反应釜8内的反应气体温度精准控制；光催化反应釜下腔体优选为圆柱体，也可为长方体或其他形状；光催化反应釜8上端开口且设有与之密封可拆卸连接的反应釜顶盖8-5，可拆卸连接方式可以为图2所示的卡扣或其他形式，其中反应釜上端面和反应釜顶盖接触面可设有凹槽结构，并在其中设置弹性密封圈8-4，以保证反应釜的气密性；反应釜顶盖8-5具有水平设置的透光密封窗口，反应釜顶盖8-5还配置有一个测压装置3和一个测温装置4，用于测量光催化反应釜8下腔体内的温度和压力，测压装置3和测温装置4与控制装置13连接，可实时检测光催化反应釜8内压力、温度，根据实验设定做出实时调节；光催化反应釜8内部下端设有样板台，可用于放置光催化反应的催化剂，例如二氧化钛或二氯二茂钛等；

气体循环装置11的吸气口和送气口均设置有电磁阀并分别连通光催化反应釜8；优选的，气体循环装置11的吸气口连通光催化反应釜8的下腔体内部底端，送气口连通下腔体内部顶端，气体循环装置11与控制装置13连接，可用于实现周期性模拟密闭与开放环境，实现自动化精确控制；

气氛测量仪12通过设有电磁阀的吸气管路连通至光催化反应釜8，用于测量其内的气氛组成，与控制装置13连接，测量信息直接反馈给控制装置13。

光源9安装于密封窗口上方，照射方向朝向下腔体内；

光源9可以采用氙灯，其下端可安装有滤光片9-1，滤光片9-1可以设置成可拆卸式，并配置有多种规格的滤光片9-1，可模拟多种光照环境，光源9与控制装置13连接，可模拟24h光照强度及不同波长光源照射；还可以在光催化反应釜8的一侧设置光源升降台10，将光源9固定安装在光源升降台10上，光源升降台10配置有高度调节装置10-1，高度调节装置10-1可以采用市面常见的伺服滚珠丝杠机构，用于精确调节光源9到光催化反应釜8的距离，高度调节装置10-1也可以与控制装置13连接，方便使用。

如图1所示，供气瓶组1还可以设有两条预留管路并安装有预留阀21，两条预留管路分别连通混气系统7和湿度发生器6的进气端，用于接入其他气源，使本实用新型还可以进行其他气体(如vocs、co2等)的反应和测量；

光催化反应釜8下腔体上端的一侧可以设有放空管路，放空管路上设有电磁阀和放空阀，这样多余气体或超压气体便于自动排空，若不设置放空管路，则气体必须全部经气氛测量仪12出气，容易减少其使用寿命。

密封窗口优选为无色光学玻璃8-7，密封窗口与反应釜顶盖8-5最好可拆卸连接，且连接缝隙处设有弹性密封圈8-6密封。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。