[发明专利]一种光催化材料的光催化活性表征方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料性能的表征方法和装置，尤其是一种光催化材料的气相降解有机物的活性的测试方法和装置。

背景技术

随着人类社会的发展，人们面临着越来越严重的室内和室外环境污染问题。依靠光催化材料利用太阳光对危害环境的各种气相污染物进行降解，进而矿化为无害的水和二氧化碳是一种非常经济、方便、可行的方法。目前科学界对光催化的研究给予了非常高的重视，大量的科研工作者正在从事着光催化环境净化应用方面的研究。但是，目前用于表征光催化材料的科学仪器的价格较高，很多小型研究机构无法开展相关的研究工作，并且仪器的效率低，没有实现自动化，给科研工作者带来许多不必要的体力劳动，大大降低了实验的研究速度。因此研究一种自动的高效率的光催化材料的光催化活性表征方法和设备对促进光催化领域的研究具有非常重要的作用。

到现在为止，在光催化气相降解的表征方法和设备中可归纳为以下特征：

1.检测方法。利用气相色谱仪的色谱柱来分离混合气体中的各种成分，通过检测器(热导、氢火焰)检测有机产物的量。

2.进样方式。使用四通阀在线进样或使用注射器离线进样。

使用上面的评价方法和装置存在很多的缺点：

1.仪器价格高：该系统的主要组成部分-气相色谱仪成本很高。

2.维护费用高：使用气相色谱仪需时高纯载气，进样针都为消耗品，且仪器功率大，耗费电能。

3.安全性问题：用氢火焰检测器检测有机物时需要使用氢气，存在严重的安全隐患。

4.效率低：使用人工每隔一定的时间利用四通阀和进样针进样，带来巨大的人力成本浪费，降低研究人员的工作效率。

5.设备复杂：该设备具体包括气相色谱仪、  四通阀、高纯载气、耐高压玻璃反应器、真空设备等各种设备。结构非常复杂。

发明内容

本发明的目的：解决上面的在光催化气相表征方法和设备中存在的困难，提供一种新的光催化评价方法并创造了一种新的节能、自动高效率，安全、简单的装置。

本发明的技术解决方案是：用于光催化材料的光催化活性表征方法如下，

1)将光催化材料放入玻璃反应器中并密封，并使用清洁的空气清洗反应系统；

2)放置光源使其光线能够透过石英板照射在光催化材料上；

3)使用异丙醇光催化生成丙酮和二氧化碳的表征体系，通过异丙醇催化反应转化成丙酮和二氧化碳的量来表征光催化材料的光催化活性；利用红外气体分析仪器检测表征光催化材料的光催化后混合气体中的异丙醇、丙酮和二氧化碳，材料的光催化活性可由生成的二氧化碳的量(速度)来表征；光催化反应产物由检测器实时在线检测。其中检测二氧化碳、丙酮、异丙醇分别优先选用波长为2347、1710和955cm^-1的红外线，并利用非分光红外(NDIR)技术进行测定。

在异丙醇催化反应前向反应系统的汽化室内注入一定量的有机液体或溶液，利用循环泵使反应气在密闭空间中循环完全汽化用于促进反应。所述有机液体和溶液包括醇类、酮类和醛类化合物，使用异丙醇时，反应产物丙酮和二氧化碳可直接由红外气体分析仪检测，实现全过程实时检测。

装置的技术解决方案：

红外气体传感器的改进：红外气体分析仪器的原理是已知强度的红外光束在特定波长区间上的光强损失可用于直接测量对应气体的浓度.实现这一任务的实际解决方案由红外光源、气室和热电堆传感器组成，热电堆传感器的红外接收窗前面覆盖着窄带滤光片，可拾取对应某种气体的红外吸收光波，从而实现光强与电压的转换.根据朗伯一比尔吸收定律可定出所要测量气体的浓度。其中本发明中检测二氧化碳、丙酮、异丙醇分别优先选用波数为2347、1710和955cm^-1的红外线进行测定。

1.光催化材料的光催化活性表征装置包括玻璃气体反应器、液体汽化室、聚四氟乙烯PTFE或硅胶管道、液体气化室加热器、快接头、空气过滤器、光源和红外气体分析仪构成，其中玻璃反应器、有机液体汽化室通过气体循环泵串联在一起，同时亦与红外气体分析仪串联在一起。石英玻璃与反应器主体之间通过橡胶圈密封，实现反应器的气密性；密封气体循环泵通过管道连接玻璃气体反应器和红外气体分析仪。使用氙灯、LED、紫外荧光灯作为催化反应的光源。其中氙灯光源可配截止波长滤波片或单波长滤波片，LED光源可用大功率组合式的LED光源，紫外荧光灯可用中心波长在365nm的黑光灯和紫光灯。