[发明专利]一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法

说明书

本发明涉及制氢反应技术领域，提供了一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法，该装置包括反应柜、储气机构、泵体、灯板和储能机构，所述反应柜为密封透明结构；所述反应柜的内部设置有催化剂，且其分别开设有入水口和出气口；所述储气机构与所述出气口连接；所述泵体分别与所述入水口和外部供水机构连接；所述灯板平行且间隔设置于所述反应柜的下方；所述储能机构与所述灯板电连接。本发明的反应装置可以实现连续的光催化反应，保证制氢的连续性，提高了制氢的效率。

技术领域

本发明涉及制氢反应技术领域，特别是涉及一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法。

背景技术

光催化制氢是一种新兴的制氢技术，随着多相光催化分解水机理及相关催化材料的发展进程，光催化分解水在催化剂研发、反应装置与工艺开发方面均取得了重大进展。相比于目前主流的煤炭、天然气等化石燃料制氢路线，光催化制氢以太阳光为驱动力，以水为原料，产物为氢气和氧气，实现将不稳定的太阳能转化为稳定的化学能，生产全过程清洁无碳，符合碳中和能源发展的原则。

现有的制氢采用悬浮式粉末体系光催化分解水制氢技术、固定式粉末体系光催化分解水制氢技术或电极体系光催化分解水制氢技术，其中悬浮式粉末体系光催化分解水制氢技术随着颗粒型光催化剂量的规模化，需要提供大量的水进行催化剂的分散，同时，在实际生产过程中，如果进行反应装置的维修，从悬浮体系中回收光催化剂的工艺也是十分复杂和困难；而固定式粉末体系光催化分解水制氢技术以太阳光为唯一光源，受到昼夜交替与季节变化的影响，不能实现连续生产；进一步的电极体系光催化分解水制氢工艺的生产成本比粉末体系光催化分解水制氢工艺制造成本高，同时电极材料失活快，导致反应装置使用寿命低，目前电极体系电化学池的使用寿命普遍低于1000小时，并且以太阳光为光源，受到昼夜交替与季节变化的影响，也不能实现连续生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续光催化制氢反应装置及其制氢方法，同时采用太阳光和灯板作为光源，可以实现连续的生产，不受昼夜交替的影响，保证生产的连续性，提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种连续光催化制氢反应装置，包括反应柜、储气机构、泵体、灯板和储能机构，所述反应柜为密封透明结构；所述反应柜的内部设置有催化剂，且其分别开设有入水口和出气口；所述储气机构与所述出气口连接；所述泵体分别与所述入水口和外部供水机构连接；所述灯板平行且间隔设置于所述反应柜的下方；所述储能机构与所述灯板电连接。

优选地，所述反应柜包括顶板、密封圈和底板，所述密封圈设置于所述底板，所述顶板盖设于所述密封圈；所述催化剂设置于所述底板。

优选地，所述顶板为玻璃板。

优选地，所述底板为透明的PET板。

优选地，所述顶板和底板的间隙为2～10mm。

优选地，所述储气机构包括依次连接气液分离单元、气体分离单元和储气罐，所述气液分离单元与所述出气口连接。

优选地，还包括储液罐，所述储液罐分别与所述泵体和外部供水机构连接。

优选地，所述储液罐和外部供水机构之间设置有水纯化机构。

优选地，所述储能机构包括储能电池和控制单元，所述控制单元分别与所述储能电池和灯板电连接。

优选地，所述储能机构还包括光伏板，所述光伏板平行且间隔设置于所述灯板的下方，其与所述控制机构电连接。

本发明还提供一种连续光催化制氢方法，包括以下步骤：

S1、白天时，泵体将外部的纯水输送入反应柜，纯水浸没光催化剂；

S2、阳光照射到反应柜，激发催化剂产生高能电子与空穴，与水分子分别发生氧化反应和还原反应，生成氧气和氢气；