【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光热催化，具体涉及一种仿生荷叶自驱动光热催化反应系统。
技术介绍
1、随着全球工业化进程的加速，大量温室气体的排放，尤其是co2的排放，已成为全球气候变化的主要驱动力之一。co2的过度排放不仅加剧了全球变暖，还引发了极端气候事件的频发，对人类社会和自然生态系统构成了严重威胁。因此，如何有效减少co2排放，实现co2的资源化利用，成为了全球科研界和工业界亟待解决的重大课题。
2、光热催化技术作为一种新兴的co2转化技术，近年来受到了广泛关注。该技术通过利用太阳能作为驱动源，将co2转化为高附加值的化学品或燃料，如甲醇、合成气等，不仅能够有效减少co2排放，还能实现co2的资源化利用，具有重要的经济和环境价值。
3、传统研究多侧重于催化剂的开发，探索如何提升催化剂活性、选择性和稳定性，而对反应系统的优化设计关注不足。尽管催化剂性能的提升是推动催化反应效率的关键，然而，若缺乏与之相匹配的高效、稳定反应系统作为支撑，催化剂的优异性能在实际应用中将无法得到充分展现，从而限制了催化反应的整体效能和应用潜力。
4、传统的催化反应系统通常基于液固相反应，反应物通常以液态形式存在，而催化剂则以固态形式存在。液固相反应系统在处理co2转化等特定化学反应时，存在co2溶解度低、反应效率受限、能量利用效率不高等问题，限制了其在co2资源化利用等领域的应用潜力。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，旨在
2、技术方案：本专利技术所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，包括相互连接的配气模块和反应器，所述反应器为带顶盖的密闭容器，其内部设有催化剂负载层和与催化剂负载层接触的吸液芯，所述吸液芯含有毛细通道，所述毛细通道用于输运溶解有反应气的反应液至催化剂负载层进行反应。该反应系统中，配气模块用于将反应气输运到反应模块；所述反应模块通过仿生荷叶结构，构建自驱动三相反应体系，将反应气与反应液在催化剂表面进行成比例混合，在光源驱动下高效发生催化反应。
3、进一步地，所述吸液芯为不与反应液和反应气发生反应的亲水多孔材料，优选为无尘纸。
4、进一步地，反应时，配气模块将反应气通入反应器内的反应液中，所述吸液芯的两端分别与反应液和催化剂负载层接触，吸液芯的毛细通道将溶解有反应气的反应液输运到催化剂负载层进行反应。
5、进一步地，所述反应器连接有进气管路和出气管路。
6、进一步地，该系统还包括与反应器相连的数据分析模块；所述数据分析模块具备组分分析和温度信息分析功能，具体包括组分分析仪器和温度信息分析仪器，其中组分分析可以实时监测和记录反应产物组分变化，识别和记录反应过程中的副反应和杂质生成，为反应条件的优化提供参考，所述组分分析仪器选自气相色谱仪、质谱仪、液相色谱仪或离子色谱仪；温度信息分析功能可实时监测反应系统中各个关键部位的温度变化，将温度信息与反应进程关联起来，分析温度对催化剂活性和反应速率的影响，所述温度信息分析仪器选自红外热像仪或接触式测温仪。
7、进一步地，所述配气模块包括质量流量计或容积流量计，可按设定流速和压力稳定供给反应气。
8、进一步地，所述反应器的顶盖材质为石英或玻璃，用于光源入射。
9、进一步地，所述催化剂负载层下方还设有多孔隔热层，材质为玻璃、石英或聚氨酯泡沫，优选使用多块厚度为3-5mm的玻璃，以减少热量损失，提高能量利用率；所述多孔隔热层具有三维孔道，可让反应液和反应气通过，并将反应液和反应气扩散到催化物质表面。
10、进一步地，所述反应气为含co2成分的混合气或高纯co2，优选浓度为99.999％的co2，配气流速为1.5-4.5ml/min，所述反应液具有溶解吸收所述反应气的能力，并包含发生预期化学反应所需的反应物质，包括纯水、离子液体、ph缓冲剂或易氧化反应液中的一种或多种。
11、进一步地，所述催化剂负载层表面负载人工合成或通过自然界取得的催化物质，该催化物质可被外界人工光源或自然光源直接照射，催化物质在所述光源照射下可催化所述反应液和所述反应气发生化学反应得到混合产物。
12、进一步地，反应器中的催化剂负载层包括石英纤维膜或玻璃纤维膜，不得包含有机成分，优选选用孔隙率为0.5-0.8、孔径为0.1-0.3mm的石英纤维膜，确保催化剂的均匀分布和反应物的有效接触，所述催化剂的种类为金属氧化物、非金属氧化物、硫化物、过渡金属配合物、有机催化剂中的一种或多种，催化剂负载方式为喷涂、浸渍、静电纺丝中的一种或多种。
13、进一步地，反应器中催化剂负载层带有密封垫圈，材质为聚四氟乙烯，厚度为2-5mm，确保反应器内部的密封性。
14、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：所述仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，通过毛细自发输运构建高效反应环境，实现了催化反应效率和能量利用率的显著提升。具体而言，该系统显著提升了催化效率，通过精准控制反应气与反应液在催化剂表面的成比例混合，加速了催化反应速率；优化了能量利用率，通过高效光源和隔热层的合理布局，有效提升了能量利用率，降低了能量损耗；具备实时监控与智能优化功能，数据分析模块的实时监测，结合组分分析和温度信息分析，为反应条件的优化提供了数据支持；具有广泛的催化剂兼容性，可根据不同反应条件和目标产物，灵活选择催化剂；展现出稳定且高效的运行性能，在多种常见反应条件下，能够持续、稳定地进行co2的光热催化转化；具有显著的环境友好性和经济效益，提升催化效率和能量利用率。综上所述，本专利技术为co2资源化利用提供了创新、高效、可持续的解决方案，具有显著的催化效率、能量利用率、反应控制、催化剂兼容性、运行稳定性优势。
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1.一种仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，包括相互连接的配气模块(1)和反应器(2)，其特征在于，所述反应器(2)为带顶盖(3)的密闭容器，其内部设有催化剂负载层(4)和与催化剂负载层(4)接触的吸液芯(5)，所述吸液芯(5)含有毛细通道(6)，所述毛细通道(6)用于输运溶解有反应气(7)的反应液(8)至催化剂负载层(4)进行反应。
2.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述吸液芯(5)为不与反应液和反应气发生反应的亲水多孔材料。
3.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，反应时，配气模块(1)将反应气(7)通入反应器(2)内的反应液(8)中，所述吸液芯(5)的两端分别与反应液(8)和催化剂负载层(4)接触，吸液芯(5)的毛细通道(6)将溶解有反应气(7)的反应液(8)输运到催化剂负载层(4)进行反应。
4.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述反应器(2)连接有进气管路(9)和出气管路(10)。
5.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系
6.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述反应器(2)的顶盖(3)材质为石英或玻璃，用于光源(11)入射。
7.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述催化剂负载层(4)下方还设有多孔隔热层(12)，所述多孔隔热层(12)具有三维孔道，可让反应液(8)和反应气(7)通过，并将反应液(8)和反应气(7)扩散到催化物质表面。
8.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述多孔隔热层(12)的材质为玻璃、石英或聚氨酯泡沫。
9.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述反应气(7)为含CO2成分的混合气或高纯CO2。
10.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述反应液(8)包括纯水、离子液体、pH缓冲剂或易氧化反应液中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，包括相互连接的配气模块(1)和反应器(2)，其特征在于，所述反应器(2)为带顶盖(3)的密闭容器，其内部设有催化剂负载层(4)和与催化剂负载层(4)接触的吸液芯(5)，所述吸液芯(5)含有毛细通道(6)，所述毛细通道(6)用于输运溶解有反应气(7)的反应液(8)至催化剂负载层(4)进行反应。
2.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述吸液芯(5)为不与反应液和反应气发生反应的亲水多孔材料。
3.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，反应时，配气模块(1)将反应气(7)通入反应器(2)内的反应液(8)中，所述吸液芯(5)的两端分别与反应液(8)和催化剂负载层(4)接触，吸液芯(5)的毛细通道(6)将溶解有反应气(7)的反应液(8)输运到催化剂负载层(4)进行反应。
4.根据权利要求1所述的仿生荷叶自驱动光热催化反应系统，其特征在于，所述反应器(2)连接有进气管路(9)和出气管路(10)。
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