一种电场驱动型Z-Scheme结构光催化反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种电场驱动型Z

【技术实现步骤摘要】
一种电场驱动型Z
‑
Scheme结构光催化反应器


[0001]本专利技术属于光电催化反应器
，具体涉及一种电场驱动型Z
‑
Scheme结构光催化反应器。

技术介绍

[0002]研究表明，光催化技术作为一种环境友好型的高级氧化技术，可应用于CO2还原、产H2和固氮等能源转化领域。但传统光催化体系难以实现高效的载流子分离，极大限制了光催化系统的效率。电场驱动型的光催化系统(光电催化)通过施加外部偏置电势，将光生电子迁移至阴极，提升了空穴
‑
电子的分离率，提高了光阳极的催化活性。类比绿色植物的光合作用过程，Z
‑
Scheme体系被广泛的应用于光催化系统之中，Z
‑
Scheme体系通过两种半导体相结合，建立半导体之间电子传递的媒介，实现PSⅠ催化剂导带中的电子与PSⅡ催化剂价带中的空穴相结合，降低了空穴
‑
电子对在各自半导体内部复合的概率，保留PSⅠ催化剂中强氧化性空穴与PSⅡ催化剂中强还原性的电子，能够高效的实现氧化还原反应。但大多数Z型催化剂的结构设计与制备难度较高，且成品多以粉末形式存在，限制了体系的进一步放大应用。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器，目的在于建立一种电场驱动型Z
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Scheme结构光催化还原二氧化碳的反应体系。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器，其特征在于，包括反应器壳体、光催化反应组件、供电组件和光源；所述反应器壳体下部设置有进水口和进气口，上部设置有出水口，顶部设置有出气口。
[0006]进一步地，所述光催化反应组件包括光催化阳极和光催化阴极，固定于反应器主体的模块之间。
[0007]进一步地，所述光催化阳极和光催化阴极为网状金属；所述光催化阳极和光催化阴极为一组或多组，呈阳极、阴极交错层叠排列。
[0008]本专利技术的反应器可进行模块化堆叠以提高光催化阳极和光催化阴极的层数。
[0009]进一步地，所述光催化阳极为n型光催化阳极，所述光催化阴极为p型光催化阴极，所述光催化阳极和光催化阴极均具有光催化反应活性。
[0010]更进一步地，所述光催化阳极为Ag掺杂的TiO2纳米管钛网，所述光催化阴极为g
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C3N4/Cu2O铜网的复合光阴极；所述光催化阳极和光催化阴极的基底厚度为0.3mm，网孔规格为1mm
×
2mm拉伸网，可根据使用要求对网孔规格进行改变。
[0011]采用固定化的三维网状光催化剂，与二维电极相比，极大地提高了催化剂的比表面积，改善了反应物的传质效率，提高了反应体系的催化效率。三维网状光电催化体系是在
网状光电极的基础上，将网状光催化电极组件的阴极和阳极在反应器内以三维空间堆叠的方式交错层叠放置，三维网状光电催化体系因其独特的孔网结构，通过光的透射、反射和散射等作用，极大提高了光辐射利用率，同时光通过网孔可透射至另一侧的太阳能电池板上，并通过导线与阳极阴极催化剂相连接，实现体系内部无外加电源的偏压形成，提高光生电子空穴的分离效率，促进阴极CO2还原反应进行。
[0012]进一步地，所述供电组件位于所述反应器壳体的右侧，所述供电组件为太阳能光伏电池，所述供电组件的正极和负极通过导线分别与光催化阳极和光催化阴极相联。
[0013]供电组件为光催化阳极和光催化阴极提供偏压。
[0014]进一步地，所述光源为UVA
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LEDs光源、LED可见光源、UVC
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LED光源、氙灯或汞灯，所述光源位于所述反应器壳体的左侧，所述光源和所述反应器壳体之间还设有石英玻璃，所述光源还设置有散热装置，如散热风扇。
[0015]光源和散热器通过外部供电电源进行供电，所述光源的供电电源与光源呈电性连接，所述散热风扇的供电电源与散热风扇呈电性连接。
[0016]光源固定在密齿型铝基散热器上，并在所述散热器的另一侧安装有散热风扇。
[0017]进一步地，所述进气口通过外接气瓶向反应器箱体内鼓送气体；所述进水口连接外置蠕动泵向反应器内输送溶液，可实现间歇流或连续流反应；所述进气口和进水口上均设有止回阀。
[0018]进一步地，所述出气口与气相色谱装置相连，可实现气体在线检测或经气体收集袋收集后检测。
[0019]进一步地，所述反应器为密闭式，反应模式遵循Z
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Scheme反应机理。
[0020]本专利技术还提供了上述反应器在光催化还原CO2中的应用。
[0021]本专利技术同时还提供了上述反应器在催化降解含有罗丹明B的印染废水中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]本专利技术基于光电催化体系和Z
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Scheme体系的启示，设计出了一种电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器。在该体系中，利用固定化的网状光催化剂作为光电阳极与光电阴极，外电路作为电子传输的媒介，并通过反应器内部光照太阳能电池提供光电催化所需偏压，提高光能利用率与实现CO2高效还原。
[0024]本专利技术所提供的电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器可实现反应器组件的模块化堆叠，同时，光源可进行多种选择，实现在光电催化领域更广泛的应用；该反应器总体结构简单、生产成本低廉，具有很高的实用价值和应用前景，易于推广使用。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1的电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器的结构示意图，其中，1
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石英玻璃窗，2
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反应器壳体，3
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网状光催化阳极，4
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UVA
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LEDs光源，5
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网状光催化阴极，6
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太阳能光伏电池板，7
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导线，8
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进水口，9
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进气口，10
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出水口，11
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出气口；
[0027]图2为本专利技术的电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器的光电催化反应概念图；
[0028]图3为本专利技术实施例1的电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器光催化还原二氧化碳的反应原理示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电场驱动型Z
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Scheme结构光催化反应器，其特征在于，包括反应器壳体、光催化反应组件、供电组件和光源；所述反应器壳体下部设置有进水口和进气口，上部设置有出水口，顶部设置有出气口。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述光催化反应组件包括光催化阳极和光催化阴极。3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述光催化阳极和光催化阴极为网状金属；所述光催化阳极和光催化阴极为一组或多组，呈阳极、阴极交错层叠排列。4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述供电组件位于所述反应器壳体的右侧，所述供电组件为太阳能光伏电池，所述供电组件的正极和负极通过导线分别与光催化阳极和光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤宏，冷浩然，王树涛，吕志迎，贾玉红，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：