[发明专利]一种摆动折板式光催化反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化实验反应装置，属于光催化仪器装置领域。

背景技术

光催化技术是20世纪70年代发展起来的新技术，光催化是基于光催化剂在光照条件下促进反应物进行的催化氧化还原反应。半导体光催化剂的价带(ValenceBand，VB)和导带(ConductionBand，CB)之间存在一个禁带(ForbiddenBand，Band Gap)，当光子能量高于半导体禁带宽度的光照射时，催化剂的价带电子发生带间跃迁，从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e-)和空穴(h+)。光生电子(e-)有极强的还原性，如：可以使吸附在催化剂表面的氧俘获电子形成超氧负离子O₂^2-、氧分子离子O₂^-；而光生空穴有极强的氧化性。光催化因具有催化活性高、化学性质稳定、反应温度低和选择性高的优势而备受关注。光催化技术对空气净化、分解水中有机物、抗菌除臭、产生清洁能源有巨大贡献，在保护环境和有益于健康方面产生巨大影响。

光催化技术分为：气-固复合光催化、液-固复合光催化、固-固复合光催化。

当前气-固复合光催化操作，一般是先将催化剂用乙醇分散后粘附在玻璃表面，这样的优点是光照面积已知，但是缺点是催化剂与反应物不能很好接触，催化剂表面不能更新，催化剂利用率低。这类反应器使用时为了减小上述缺陷，往往采用间歇式反应。能够让催化剂界面更新提高反应速率与光能利用率，使催化剂、反应物和光能充分接触实现连续反应这方面却还未见报道。

发明内容

本发明的摆动折板式光催化反应装置克服了上述的不足。首先，本发明运用磁力摆动，实现催化剂的搅拌，能够加大催化剂与光源接触面积；再次，本发明采用折板式摆动床，能够使催化剂表面更新，增加反应速率，提高光能利用率；最后，本发明折板薄，空间小，能够使反应物与催化剂充分接触。

为实现上述目的，本发明技术方案为摆动折板式光催化反应装置，该装置包括圆柱外筒(1)、折板(2)、光源(3)、弧形永磁铁(4)、永磁铁(5)、陶瓷过滤器(9)、装置外筒(8)，所述折板(2)包括两个对称的反应腔、一个进气口(6)、一个出气口(7)，其中进气口(6)也为催化剂添加的进口与出口；所述折板(2)安装在圆柱外筒(1)中心处，光源(3)安装在圆柱外筒(1)上；所述弧形永磁铁(4)安装固定在折板(2)两端，永磁铁(5)固定在与折板(2)两端弧形永磁铁(4)对应的装置外筒(8)上；装置外筒(8)通过皮带由电机驱动，从而带动永磁铁(5)转动并带动弧形永磁铁(4)与折板(2)一起转动，永磁铁(5)与弧形永磁铁(4)为相互吸引的磁力，圆柱外筒(1)不随折板(2)转动。

所述圆柱外筒(1)为圆柱形且一侧留有扇形缺口结构，防止折板(2)摆动角度过大而使催化剂堆积，不能平铺；折板(2)的两个对称反应腔存在夹角θ，140°<θ<145°，进气口(6)、出气口(7)置于折板(2)沿圆柱外筒(1)中心转轴方向两端；陶瓷过滤器(9)安装在出气口(7)处防止折板(2)内的催化剂流出。

所述圆柱外筒(1)、折板(2)为石英玻璃材料；折板(2)为薄壁材料。

所述光源(3)为可调控光源，可根据实验要求进行调换，如白炽灯、日光灯、紫外灯。

所述弧形永磁铁(4)与永磁铁(5)在同一条直线上，通过永磁铁(5)能带动弧形永磁铁(4)沿圆柱外筒1内壁摆动。

本发明提供的摆动折板式光催化反应装置应用正、反转电机，电机转动角度可调节。

本发明提供的摆动折板式光催化反应装置，所述折板(2)摆动角度(以水平面为基准)：-45°～+85°，折板(2)角度：140°～145°此角度能保证催化剂能够在折板上铺平且保证折板(2)不会碰到光源(3)，从而加大催化剂受光照面积，加大催化反应速率。

本发明提供的摆动折板式光催化反应装置，具有以下优点：

1、本发明提供的摆动折板式光催化反应装置应用弧形永磁铁与永磁铁在电机的带动下，实现折板摆动，实现催化剂的搅拌，解决机械搅拌中震动与准确定位问题，能够加大催化剂与光源接触面积。

2、本发明提供的摆动折板式光催化反应装置通过磁力摆动，提高了催化剂与光能的接触面积，提高了光能利用率。

3、本发明提供的摆动折板式光催化反应装置采用折板式摆动，实现了催化剂表面更新的目的，提高了反应速率。

4、本发明提供的摆动折板式光催化反应装置利用陶瓷过滤器，防止了在反应和摆动过程中催化剂流出的目的。

附图说明