一种带检测的动态光催化便携式反应器制造技术

一种带检测的动态光催化便携式反应器，包括气腔、液腔、气液腔隔板、光触媒、检测电极、通光面和分离膜；气腔和液腔呈上下布置；气液腔隔板水平安装于气腔与液腔的界面处，气液腔隔板上布设有通孔；通光面设于气腔的顶面或者侧面，光触媒倾斜设于气腔内；气腔的上部装有进气阀和出气阀；所述液腔的下部装有进液阀和出液阀；所述液腔还安装有检测电极。可以依据需求设定光触媒的放置角度。分离膜结构用于反应相关气体过滤及富集。检测电极用于反应过程实时监控液体腔内液体的基础电学及电化学参数。该反应器装置依需求可选不同主体材料做成刚性或柔性结构。性或柔性结构。性或柔性结构。

【技术实现步骤摘要】
一种带检测的动态光催化便携式反应器


[0001]本专利技术涉及光催化反应装置领域，尤其涉及一种带检测的动态光催化便携式反应器。

技术介绍

[0002]光催化技术广泛应用于能源领域，包括同时实现碳资源回收与太阳能转化存储的光催化还原二氧化碳、将太阳能转化为氢能的光解水、将有害有机物无害化处理的光催化降解等，被认为是能源环境领域的前沿应用。
[0003]目前的光催化装置多为应用于污水处理等场景的光降解设备，如CN116119808A设计一种持续供氧提升污水净化效率的光催化污水设备，CN216106461U设计了一种用于光催化膜循环光催化过滤的反应装置，能实现光催化降解和膜过滤反应同时进行。其他类型的光催化技术如光催化还原二氧化碳、光解水等等，由于技术较为新颖，其应用前景和场景还在不断开发探索中。以光催化还原二氧化碳为例，光能在触媒内激发生成光生载流子并转移至二氧化碳分子，不但可将二氧化碳还原为一氧化碳、甲烷等气相化工原料，还能够还原为甲醇、乙醇等高能量密度、高附加值液相有机燃料及原料，其本质是化学储能式的太阳能转化与储存，有望应用于分布式能源系统、独立式能源环境设备。
[0004]另一方面，光催化相关性能与效果需要通过光谱、色谱等实验室专门化技术进行分析，但实验室专门化技术涉及仪器复杂，不利于应用于在地便携式系统。近年来，基于单色光源和大数据分析的芯片化检测系统不断发展(Talanta 260,124644；IEEE Sensors Journal10.1109/JSEN.2023.3269809，等)，在特定场景下的精度已经接近实验室，为光催化分布式能源系统、分布式净化系统等实时检测提供了技术基础。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种带检测的芯片化动态光催化便携式反应器，适用于静态和动态环境下的光催化二氧化碳还原、光催化水分解、光催化有机物降解等应用场景，并配置相关电学检测通道，用于实时跟踪光催化过程中液相部分的电学及电化学等相关参数。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种带检测的动态光催化便携式反应器，包括气腔、液腔、气液腔隔板、进液阀、出液阀、进气阀、出气阀、光触媒、检测电极、通光面；
[0008]所述气腔和液腔呈上下布置；所述气液腔隔板水平安装于气腔与液腔的界面处，气液腔隔板上布设有通孔；所述通光面设于气腔的顶面或者侧面，所述光触媒倾斜设于气腔内；所述气腔的上部装有所述进气阀和出气阀；所述液腔的下部装有所述进液阀和出液阀；所述液腔还安装有检测电极，简易测量电阻时采用两电极设计，电极材料为金属导体；电化学检测时检测电极采用三电极设计，包含参比电极、对电极和工作电极。
[0009]本专利技术还包括分离膜，所述分离膜设于气腔的侧面，用于富集装置内反应气体或
排出反应尾气。
[0010]本专利技术还包括顶部固定槽和底部固定槽；所述底部固定槽设于气液腔隔板上，所述顶部固定槽设于气腔的顶部盖板，所述光触媒通过顶部固定槽和底部固定槽固定。
[0011]所述光触媒与水平面的夹角为30
°
～45
°
。
[0012]所述气腔的顶部盖板为通光面。
[0013]本专利技术所述的一种带检测的动态光催化便携式反应器的应用，用于静、动态气相反应，静、动态液相反应，静、动态气
‑
液及气
‑
液
‑
固联动光催化反应。
[0014]相对于现有技术，本专利技术技术方案取得的有益效果是：
[0015]1、本专利技术提出的一种带检测的动态光催化便携式反应器结构简单，定制性强，能够适应静态及动态下的多种光催化反应体系，便于与燃料电池、存储装置等后端设备集成为分布式能源系统、分布式净化系统。
[0016]2、本专利技术在运行过程中无额外能耗，分离膜设计可使装置不断富集反应气体与排出尾气，保障长时间连续工作，安全性高。
[0017]3、本专利技术内置检测电极，可实时检测液体电学参数，可以有效评估装置反应情况，精度接近实验室光谱手段，可用于在地便携式检测系统。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0020]如图1所示，本专利技术实施例包括主体1、气腔2、液腔3、气液腔隔板4、进液阀51、出液阀52、顶部固定槽6、底部固定槽7、进气阀81、出气阀82、光触媒9、检测电极10、分离膜11、通光面12；
[0021]所述主体1呈长方体设计，包括上下布置的气腔2和液腔3；
[0022]所述气液腔隔板4水平安装于气腔2与液腔3的界面处，气液腔隔板4上布设有通孔，且设有所述底部固定槽7；所述气腔2的顶部盖板为通光面12，盖板上设有顶部固定槽6，所述光触媒9通过顶部固定槽6和底部固定槽7固定；
[0023]所述气腔2的上部装有所述进气阀81和出气阀82，所述液腔3的下部装有所述进液阀51和出液阀52，可分别用于密封体系、流动体系及气、液相半封闭体系光催化反应；
[0024]所述液腔3还安装有检测电极10，简易测量电阻时采用两电极设计，电极材料为金属导体；电化学检测时采用三电极设计，包含参比电极、对电极、工作电极，参比电极与工作电极材料的选用由实际反应及产物适配性决定；
[0025]所述分离膜11设于气腔2的侧面，用于富集装置内反应气体浓度或排出反应尾气。
[0026]具体地，所述气液腔隔板4的通孔，包括但不限于单孔、多孔及阵列等结构。
[0027]以光催化还原二氧化碳制备醇类产物为例，主体1材料选用PMMA材质，以模具固化前驱液法或3D打印技术制备液腔3包含进液阀51、出液阀52，成型后钻两处孔预留为电阻的检测电极10，插入并固化检测电极。
[0028]以模具或3D打印法制备气液腔隔板4，气液腔隔板4上方四周的侧面以胶水固定分离膜11形成气腔2，分离膜11选用二氧化碳分离膜。另外：气腔2的侧面如不使用分离膜11，可采用与主体1相同材料，在此情况下气腔2与气液腔隔板4可以一次成型。
[0029]以模具或3D打印法制备气腔2的上盖板即通光面12和进气阀81、出气阀82，考虑我国地区所在维度及相应太阳高度角，顶部固定槽6和底部固定槽7的相对位置设定为使光触媒与水平面的角度θ约30
°
～45
°
，参考使用地区实际太阳年日照量所对应最佳放置角度。
[0030]以能够提供光催化还原二氧化碳所需氢元素的溶液作为液相反应源，本实施例中选用0.1M浓度NaHCO3溶液，通过进液阀51注入液腔3，以能够将二氧化碳还原为醇类的材料作为光触媒，本实施例中选用硫硒化钼为光触媒，光触媒固定后以胶水或两侧加压方式固定通光面12。
[0031]将装置通光面12面对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带检测的动态光催化便携式反应器，其特征在于：包括气腔、液腔、气液腔隔板、进液阀、出液阀、进气阀、出气阀、光触媒、检测电极、通光面；所述气腔和液腔呈上下布置；所述气液腔隔板水平安装于气腔与液腔的界面处，气液腔隔板上布设有通孔；所述通光面设于气腔的顶面或者侧面，所述光触媒倾斜设于气腔内；所述气腔的上部装有所述进气阀和出气阀；所述液腔的下部装有所述进液阀和出液阀；所述液腔还安装有检测电极，简易测量电阻时采用两电极设计，电极材料为金属导体；电化学检测时检测电极采用三电极设计，包含参比电极、对电极和工作电极。2.如权利要求1所述的一种带检测的动态光催化便携式反应器，其特征在于：还包括分离膜，所述分离膜设于气腔的侧面，用于富集装置内反应气体或排出反应尾气。3.如权利要求1所述的一种带检测的动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈辛夷，陈维佳，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：