[发明专利]光催化连续反应检测装置及方法

说明书

本发明涉及一种光催化连续反应检测装置及方法，该装置包括光催化微反应器、加热装置、入射光源、质谱仪，所述光催化微反应器置于加热装置上面，所述光催化微反应器上方设有入射光源，所述光催化微反应器具有一底板，所述底板上设有一蛇形凹槽作为单通道反应区域，底板具有蛇形凹槽一面覆盖有玻璃片，并由上部压片固定，所述蛇形凹槽内负载光催化剂薄膜，蛇形凹槽的两端分别设有入口和出口，其中，入口通过入口管道连接提供CO₂和水蒸气的装置，出口通过出口管道连接质谱仪。采用本装置及方法，可连续检测气体成分的变化，另外光催化的转化效率也更高。

技术领域

本发明涉及一种光催化反应器，尤其涉及一种光催化连续检测反应器及方法。

技术背景

现有的CO₂光催化气体反应装置是在密闭的容器中进行的。该密闭装置的优点是能够使CO₂得到充分反应，但是该装置在检测催化反应气体成分上存在很大的不足，每次检测反应气体成分时，都需要从密闭的反应装置中抽取特定体积的反应气体，然后把抽取的反应气体导入到检测装置中。这种方法不仅操作繁琐、存在操作误差，而且最大的不足在于每次气体检测都要相隔很长的时间，如果是用气相色谱仪来检测气体成分，则每次检测要相隔60min。对于反应速度比较快的气体光催化反应，这种时间间隔完全达不到我们实验室的检测要求。在光催化实验过程中，我们需要了解光催化剂每个时间点的反应速率和反应程度，所以上述的密闭式反应装置在实验过程中存在一定的局限性。本发明就很好的解决了这个问题，本发明连续式光催化微反应器及反应装置的特点在于它的连续性，在入口管道处连续的导入反应气体，在出口管道处连续的把反应气体导入到质谱仪。当入射光源打开的一刻反应开始，反应气体就会导入质谱仪得到连续的检测。但是连续式光催化反应装置也存在明显的缺点，该装置的最大反应时间决定于反应器凹槽的体积。所以必须增大反应器的凹槽体积来提高最大反应时间。

目前光催化连续反应监测装置的相关专利有：中国专利201420475678.0，其特征是在所述的不锈钢板基底上有一个凹槽作为单通道反应区域，在所述的不锈钢板基底上开有分别与单通道反应区域的进出口相连通的入口和出口，入口与入口管线相连通，出口与出口管线相连通，在所述的不锈钢板基底上有凹槽的一面以及透光面的一面上均负载有有金属离子掺杂的TiO₂催化剂薄膜，透光面上负载有催化剂薄膜的一面与不锈钢板基底上有凹槽的一面相对设置并且在四周边缘处用密封胶粘接固定，在与凹槽相对的所述的透光面的上方设置有入射光源。采用该装置，光的利用效率更高，与不掺杂的TiO₂催化剂相比降解率提高到原来的2倍以上。

自20世纪90年代微反应器问世以来，以其特有的高比表面积、高的传质和传热效率、反应物能快速均匀混合等优点引起研究者的关注。宏观尺度的光催化反应器催化效率较低，光线衰减比较严重，催化剂粉体颗粒易团聚等缺点使研究者尝试将微反应器技术应用于光催化领域，并取得了一定的进展。在光催化微反应器中一些反应物在几分钟的停留时间之内就可以被完全降解，催化效率大大提高。但是，这些光催化微反应器多以微通道为其基本结构(例如中国专利200910197401.X)。这不仅限制了底物流量，而且单个微通道的有效光照面积十分有限，对光能的总体利用率很低，平行放大控制系统复杂。因此，如何通过技术发明，选择合适的材料和制备工艺，设计制造合理的微反应器结构和尺寸，使微反应器既保持其特征和优势，又具有较大的有效光照面积，较高的光能利用率，提高其空间和时间利用效率是急需解决的问题。

中国专利201610813933.1，其特征是微小液—固流化床反应器，它包括石英管和放置在石英管内的玻璃珠，在石英管内壁和玻璃珠的表面均负载有催化剂薄膜，在石英管底部开有进液口，在进液口处设置有筛网作为液体分布器，进液口通过管道与液体微量注射泵出口相连，在石英管顶部有扩大段，在扩大段上设置有液体出口，液体出口上连接有出口管道以供反应后的液体流出反应器，在石英管的前方设置有光源，在石英管的后方设置有抛物线型的反光罩。采用本发明传质阻力小，与一般单相的微反应器内的传质系数相比，提高了一个数量级。