[发明专利]一种外环流密闭式光催化还原CO2反应装置

说明书

技术领域

本发明属于资源环境技术领域的光催化反应装置，涉及一种外环流密闭式光催化反应装置。

背景技术

环境污染和能源短缺，已成为当今世界发展面临的最主要问题，随着全球经济迅速发展，化石能源消耗的日益增长，大量CO₂的排放已成为污染环境、影响气候变暖的主要原因之一。将CO₂转化为能源物质，不仅可节约煤碳、石油和天然气等化石资源，而且变害为宝，具有明显的经济效益和环境效益。因此CO₂的转化与利用成为科学工作者关注的热点。在众多处理CO₂的方法中，以充足的太阳光结合光催化技术在水溶液中还原CO₂制备CH₃OH等化学物质被认为是具有应用前景的绿色技术之一，已经受到世界各国学者的广泛关注。其主要优点是：充足、洁净的太阳能可以减少化石资源的消耗，采用H₂O作为还原剂，不会产生新的污染，并且来源丰富，廉价易得。

但是，目前光催化还原CO₂还存在如下问题：1、目前广泛使用的TiO₂光催化剂仅能吸收紫外光(λ＜387nm)，对可见光的利用率不高，如何拓展TiO₂的光响应范围已经成为目前的研究热点；2、光催化还原CO₂的反应器形式多样，根据TiO₂在反应体系中的存在形式，主要有固定式和悬浮式，例如薄膜式和流化床光催化反应器。固定式虽然可以很好解决光催化剂的回收问题，但反应的比表面积大为减少，对光的利用率不高；与固定式相比较，悬浮式光反应器虽然可以提高光催化效率，但光催化剂回收困难，回收成本高；3、将TiO₂进行改性与反应装置开发相结合，整体提高光催化还原CO₂反应系统效率的研究较少，有待进一步发展。

目前光催化反应装置已经报道很多，例如：中国专利申请(专利号：ZL200520047134.5)公开的新型气体光催化反应器，中国专利申请(专利号ZL01248388.0)公开的治理废水废气的光催化反应器以及中国专利申请(申请号：200610113267.7)公开的一种利用磁性光催化剂进行连续化污水处理的装置等，但是这些反应装置并不适合光催化还原CO₂反应，虽然也有光催化还原CO₂的装置的报道，例如中国专利申请(申请号：200710062304.8)公开的三相超声光催化反应装置及其还原CO₂的方法，但其属于悬浮式反应体系，仍存在光催化剂回收困难，回收成本高的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种外环流密闭式光催化还原CO₂反应装置。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：一种外环流密闭式光催化还原CO₂反应装置，包括通过管路相互连通的供气系统A、循环系统B、检测系统C、分离系统D和反应系统E，其特征在于：所述的供气系统A是CO₂钢瓶，CO₂钢瓶通过减压阀与循环系统B连通；所述的循环系统B包括密封罐和气体压缩机，气体压缩机通过气体流量计和止逆阀与反应系统E的反应器连通；所述的分离系统D包括冷凝器，冷凝器上设置有第二卸料阀；冷凝器与循环系统B的密封罐连通；所述的检测系统C包括气相色谱仪和计算机，气相色谱仪检测的气体产物主要是H₂、CH₄、C₂H₄，液体产物主要是CH₃OH、HCHO；所述的反应系统E包括反应器，反应器中央设置有光源，光源上连接有电源，反应器上端有进料口，反应器外部缠有加热带，在反应器上方插有热电偶，该热电偶连接有控温仪，热电偶与加热带共同起到测温和控温作用，反应器的一侧有外环流降液管，该外环流降液管为气液循环通道，反应器底部一侧有用于产物收集和清空反应残余液的第一卸料阀，供气系统A的CO₂钢瓶的CO₂气体经压缩机压缩后经过气体流量计和止逆阀进入反应器底部。

本发明的外环流密闭式光催化还原CO₂反应装置有以下优点：1、该反应器设置有外环流降液管，反应液带动催化剂循环，有较好的气液循环率，催化剂、反应液、反应气体混合良好，且催化剂在反应液中接受光照充分，提高了光催化效率。