[发明专利]利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统

说明书

本发明公开了利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统，包括光热反应器和反应物供给池；其特征在于：所述光热反应器由若干透明管并列构成；所述透明管内制备有光热催化剂阵列；每根透明管的入口均与反应物入口连接，每根透明管的出口均与生成物出口连接，透明管的内表面设置有太阳光选择吸收性涂层，在透明管内设置有绝热层，绝热层位于光热催化剂阵列的下方；反应物供给池内的废水在反应物供给循环泵的作用下持续向透明管内供给，入射的太阳光透过透明管和太阳光选择吸收性涂层被光热催化剂阵列吸收，光热催化剂阵列吸收太阳光后发生光催化反应和热催化反应；本发明可广泛应用于环保、化工以及家庭等领域。

技术领域

本发明涉及制氢及废水处理领域，具体涉及一种利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统。

背景技术

近年来，氢能利用技术(如氢燃料电池汽车)的不断成熟加大了氢能的需求量，发展高效清洁的制氢技术成为世界范围内的共识。目前世界97％的氢气来源于传统化石能源高温裂解产生，其制备过程能耗高且产生大量二氧化碳不利于降低碳排放。利用清洁的太阳能制氢已成为最具前景的未来制氢技术之一。

目前已被广泛研究的太阳能制氢技术有光催化分解水制氢(photocatalyticwater splitting)和热循化法制氢(solar thermochemical hydrogen productioncycles)技术。目前光催化分解水制氢技术的能量利用效率仍低于1％，远远低于工业大规模应用的水平。光催化分解水的主要挑战在于探索能够被太阳光激发产生电子空穴且电子空穴能够快速分离迁移至表面反应位点发生氧化还原反应的高效、稳定和低成本的光催化剂。除此之外，目前光催化分解水制氢常用的催化剂只能吸收太阳光光谱中的紫外和可见波段，而红外波段由于光子能量低不能被吸收利用。而热循化法制氢技术虽然已达到6％的能量利用效率，但是由于其反应温度通常高于1000℃，需要使用太阳能聚光器和耐高温高压的反应器设备，其制氢成本高，预计到2060年才能大规模应用。

专利CN109336051B提出了全光谱太阳能制氢-储氢一体化系统，但是其实质是利用光电转换先将部分太阳光转换为电能，然后电解水制氢；未利用的部分太阳光通过光热转换部件将其转换为热能用于后续的储氢反应。专利CN109987581B和专利CN109985590B提出了一种基于光催化剂自分频的太阳能光热耦合制氢装置，两份专利中所使用的聚光部件均为线性菲涅尔反射镜，且其提出的反应器形式只适用催化剂悬浮体系，不能应用催化剂固定阵列体系，且未对制氢循环系统进行说明。除此之外，两份专利中所提出的系统只能用于制氢，并不能应用于废水处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统。

本发明的技术方案是，利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统，包括光热反应器和反应物供给池；其特征在于：

所述光热反应器由若干透明管并列构成；所述透明管内制备有光热催化剂阵列；每根透明管的入口均与反应物入口连接，每根透明管的出口均与生成物出口连接，所述透明管的内表面设置有太阳光选择吸收性涂层，在透明管内设置有绝热层，绝热层位于光热催化剂阵列的下方；

反应物供给池内的废水在反应物供给循环泵的作用下持续向透明管内供给，入射的太阳光透过透明管和太阳光选择吸收性涂层被光热催化剂阵列吸收，光热催化剂阵列吸收太阳光后发生光催化反应和热催化反应，并产生氢气，同时将废水中含有的有毒物质氧化成无毒的物质，反应之后的产物通过气液混合物循环泵回到反应物供给池中，气相产物和液相产物在反应物供给池中被分离，气相产物通过管路排出进入后续利用环节。

根据本发明所述的利用全光谱太阳能进行光热协同制氢及废水处理系统的优选方案，所述废水为有机废水，或者加入了有机物成分作为稀释剂的废水，所述的稀释剂为醇类，酸类，胺类，糖类，纤维素或半纤维素，染料大分子，亚硫酸盐。