有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器，它包括不锈钢板基底，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。采用本装置，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。

【技术实现步骤摘要】
有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器
本技术涉及光催化
，尤其涉及微反应器技术。
技术介绍
1102光催化材料具有光催化活性高、氧化能力强、稳定性高、无污染等优点，是目前最具推广应用潜力的光催化材料之一。但是，在将其应用于光催化反应时，存在着光谱响应范围窄(波长387nm以下)，光生电子-空穴对极易复合，表面选择吸附性能较差等不足。因此，国内外研究者对Ti02光催化剂进行了改性研究(谷亨达等，应用化工，2007，36 (2): 136-139 ;牛新书等，电子元件与材料，2004, 23 (8): 39-44 ;朱玉婵等，广东化工，2010, 37 (12): 19-22)，主要包括:半导体复合、贵金属修饰、表面光敏化、金属离子掺杂、非金属离子掺杂、共掺杂、形貌改性等。改性后的催化剂或者拓展了光谱响应范围，使其在可见光区具有催化活性，或者阻止电子与空穴的复合过程等，使光催化效果与未改性的纯Ti02催化剂相比成倍提高。 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、反应物能快速均勻混合等优点引起研究者的观注(Lu et al., Lab on aChip, 2001, 1 (1):22-28 ；Gole et al., Advanced Materials for Energy Convers1nII Symposium,2004,69-78 ；Takei et al., Catal.Commun., 2005, 6 (5):357-360 ；Teekateerawe et al., Adv.Mater.Res., 2006, 11-12，303-306 ；Lindstrom et al., AIChEJ., 2007, 53(3):695-700 ；Daniel et al., Electr-ochem.Commun., 2007, 9 (3):522-528 ；Matsushita et al., Chem.Eng.J., 2008, 135 (4):S303-S308 ；Meng etal., Nanoscale, 2013, 5, 4687-4690 ；殷学峰等，分析化学，2003，31(1):116-119 ;叶美英等，杭州师范大学学报(自然科学版)，2009，8 (2):121-124 ;何中媛等，无机化学学报，2009,25(11):2021-2025 ；叶美英等，杭州师范大学学报(自然科学版)，2012，11(1): 1-6)。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，催化剂需回收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有机物污染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，如何通过技术专利技术，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。 目前光催化微反应器的相关专利有:中国专利200910197401.X，其特征是以石英毛细管(内径530-550 μ m，长度100-200mm)作为光催化区微通道，采用表面预制纳米晶种的液相化学法制备ZnO涂层，以垂直生长在微通道内表面上的ZnO单一半导体、Ti02纳米颗粒包覆的ZnO耦合半导体或Pt金属-ZnO半导体复合纳米棒阵列作为光催化剂，对有机物亚甲基蓝溶液的降解率在80%以上。 中国专利201010148412.1，其特征是硅圆片上刻蚀形成特定的硅微流槽图案，在其两端或特定位置局部放置适量的高温释气剂，将上述硅圆片与玻璃圆片在空气或者真空中阳极键合使硅微流槽形成玻璃微流道密封腔体。将购得的纳米Ti02粉末先溶解成悬浮液，再将该液浸入玻璃微流道，之后晾干并高温热处理微流道，重复多次，将光催化剂涂覆于微流道内壁上，形成热成型玻璃光催化微反应器。 中国专利201210051512.1，其特征是在反应器内，光纤下端穿过微孔玻璃片支撑在多孔玻璃砂隔板上，上端与透光片固定，反应器底部设有进气管道，光源入射方式由传统外射式改为内射式。采用阴极溅射法在光纤表面镀金属钛，然后通过阳极氧化制得Ti02纳米管光反应催化剂。 上述方法均存在一定的局限性，工业化困难。有机污水处理是一项处理量大，能耗高，无甚经济利益，但能减少环境污染的工程。光催化微反应器技术应用于有机污水处理应当向着提高单个微通道处理量、高效利用太阳光作为光源、降低能耗等方向发展。中国专利200910197401.X和201010148412.1都以圆形微通道作为反应区域，不仅存在受光面积小，单个微通道处理量低，而且平行放大困难，工程化问题难以解决等。中国专利201210051512.1提供了一种平行放大的方式，但以光纤作为光的通道存在光的有效传播距离的限制(AIChEJ.2006, 52(6): 2271-2280)，光的传播方向与需要受光照的催化剂表面不一致等问题，同时反应器是间歇操作。
技术实现思路
本技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种大幅提高微反应器的有效光照面积和原料处理能力、成倍提高光催化的效果、工艺成熟简单成熟，成本低廉的有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器。 本技术的有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器，它包括不锈钢板基底，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，所述的凹槽宽度为15-50mm，深度为250-500 μ m，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Ti02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。 采用本技术的有益效果是: [0011 ] (1)本技术采用的微通道凹槽反应区域，增加了反应器的反应体积和原料处理能力，突破了一般微反应器的限制，同时增加了反应器的受光面积，为利用太阳光进行连续大规模的有机污水处理提供了可能性，平行放大简单。 (2)以不锈钢板这种不透光且反光性能良好的材料作为基底，光从射入催化剂薄膜和经不锈钢表面反射再次照射薄膜时都会激发电子跃迁，与石英和玻璃等光直接透过的材料相比，光的利用效率更高。 (3)在有金属离子掺杂的1102催化剂中，金属离子可以捕获受光照激发跃迁的电子，阻止电子-空穴对的复合，大幅提高光催化的效果，与不掺杂的Ti02催化剂相比降解率提高到原来的2倍以上。 【附图说明】 图1为本技术的有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器的结构示意图； 图2为本技术图1所示的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器，其特征在于：它包括不锈钢板基底，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，所述的凹槽宽度为15‑50mm，深度为250‑500μm，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。

【技术特征摘要】
1.有金属离子掺杂的二氧化钛板式光催化微反应器，其特征在于:它包括不锈钢板基底，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，所述的凹槽宽度为15-50mm，深度为250-500 μ m，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T12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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明言，林骋，杨中国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12