CN204619953U - 光催化反应器及气相光催化反应测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光催化反应器及气相光催化反应测试系统，该测试系统是由动态配气、光催化反应及采样体系三部分组成；其中动态配气体系是由空气发生器、干洁空气流量计、加湿瓶、加湿空气流量计、甲醛配气瓶、恒温水浴箱、甲醛气体流量计以及气体混合瓶通过管道连通构成，用于制备含有甲醛的空气，光催化反应体系是光催化反应器，采样体系是采样器，动态配气体系配好的含甲醛的空气进入光催化反应体系中，利用光催化使甲醛降解，从光催化反应体系降解后的含甲醛的空气进入采样体系中采集样品，以便于进一步分析、计算；本实用新型结构设计简单，成本低，测定结果准确可靠，可将普通催化与光催化有效组合或分开演示，使用拆装方便，适于推广。
Description
技术领域
本实用新型属于光催化反应实验设备研究技术领域，具体是涉及光催化反应器及气相光催化反应测试系统。
背景技术
气态污染物的催化转化是大气污染控制的重要手段，气态污染物中的硫氧化物、氮氧化物和挥发性有机废气都可以通过催化转化法净化。某些催化分解方法由于可以在常温、常压下进行，净化效率高，可以直接将污染物降解为CO2和H2O，在室内有机物污染分解方面体现出越来越多的优势，且可以引入光源来加强净化效果。常见的TiO2催化剂，其吸收波段在紫外区，可引入紫外光源，而如何能研发出充分利用可见光或太阳光的催化剂则更有实际意义。
目前对于很多高校而言，由于条件所限，找不到适于教学用的催化净化的演示装置，或者设备成本太高，结构太复杂，致使很多高校只能开设简单的吸附演示实验，很难全面满足环境工程专业学生基础实验演示和创新性实验的要求，更不利于学生对知识要领的把握与创新能力的培养。
发明内容
本实用新型的目的之一是提供一种低成本、结构设计简单并且能够真实演示光催化反应的光催化反应器。
本实用新型的目的之二是提供一种可将普通催化与光催化有效组合或分开操作演示的气相光催化反应测试系统。
为了实现上述目的本实用新型所采用的技术方案是：
该光催化反应器是在遮光的反应箱体顶部设置有光源、内腔设置有与光源正对的催化反应管，催化反应管水平放置并由石英管和设置在石英管内腔的催化剂填充层、套装在石英管两端的密封管套以及安装在密封管套内的筛网组成，在一端密封管套上加工有进气孔，相对应的另一端密封管套上加工有出气孔，在进气孔上安装的进气管穿过反应箱体的安装孔延伸至反应箱体外，在出气孔上安装的出气管穿过反应箱体的安装孔延伸至反应箱体外。
上述光源与催化反应管的可调间距是13～20cm，可以根据实际测试情况进行调整。
一种应用上述光催化反应器的气相光催化反应测试系统，该测试系统是由动态配气、光催化反应及采样体系三部分组成；
其中动态配气体系包括空气发生器、干洁空气流量计、加湿瓶、加湿空气流量计、甲醛配气瓶、恒温水浴箱、甲醛气体流量计以及气体混合瓶，所述空气发生器有3个干洁空气出口，其中一个通过安装在管道上的干洁空气流量计与气体混合瓶的进气口连通，另外两个分别通过管道与加湿瓶和甲醛配气瓶的进气口连通，加湿瓶的出气口通过安装在湿空气管道上的加湿空气流量计与气体混合瓶的进气口连通；甲醛配气瓶设置在恒温水浴箱内，且甲醛配气瓶的出气口通过安装在甲醛气体管道上的甲醛气体流量计与气体混合瓶的进气口连通；
光催化体系是光催化反应器，采样体系是采样器，其中光催化反应器的进气管入口通过管道与气体混合瓶的出气口连通，光催化反应器的出气管出口通过管道与采样器的进气口连通。
本实用新型的气相光催化反应测试系统的工作原理是：利用空气发生器将一定流量的干洁空气送入装有甲醛吸收液的甲醛配气瓶内，恒温水浴保持瓶内的温度恒定，调节空气的流量控制甲醛气体的浓度，随着空气的进入，溶液中的甲醛会随空气进入气体混合瓶中，并与另两部分干、湿空气混合，保持混合气体的温度和流速恒定，混合后的气体进入光催化反应器，在光催化反应器中利用光催化剂填充层在光照条件下发生光催化反应，使得甲醛降解，通过调节干、湿、甲醛气路流量，系统可获得任意所需浓度的甲醛混合气体，利用大气采样仪采集进入光催化反应器前、后气体中的甲醛，通过紫外分光光度计测得其对应的吸光度，计算出甲醛含量，进而得到甲醛的去除率。
本实用新型结构设计简单，成本低，测定结果准确可靠，能够将普通催化与光催化有效组合或分开操作演示，使用拆装方便，适于推广。
附图说明
图1为光催化反应系统的结构示意图。
图2为图1中光催化反应器的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行进一步说明，但是本实用新型不仅限于下述的实施情形。
实施例1
由图1可知，本实施例的光催化反应系统由动态配气、光催化反应及采样体系三部分组成，其中动态配气体系是用于制备含有甲醛的空气，其是由空气发生器1、干洁空气流量计2、加湿瓶3、加湿空气流量计4、甲醛配气瓶5、恒温水浴箱6、甲醛气体流量计7以及气体混合瓶8通过管道连接构成。
本实施例的空气发生器1普通市售的能够将空气存储便于流量控制的发生器，其有3个出口，将其所产生的干洁空气分成三条气路，一个干洁空气出口上安装有干洁空气管道，该干洁空气管道上安装有干洁空气流量计2，通过安装在干洁空气管道上的干洁空气流量计2与气体混合瓶8的进气口连通，另外一个干洁空气出口上安装有干洁空气配气管，通过该干洁空气配气管与加湿瓶3的进气口连通，本实施例的加湿瓶3内盛装有水，将空气发生器1输送的干洁空气加湿，该加湿瓶3可以采用带有橡胶瓶塞的玻璃瓶，在橡胶塞上加工有一个进气口和一个出气口，进气口的管道延伸至瓶内的液面下方，而出气口上的管道在液面上方，在该出气口外的湿空气管道上安装有加湿空气流量计4，用来控制加湿空气的流量以控制气体湿度，加湿空气流量计4的出口端与气体混合瓶8的进气口连通，将加湿空气输送至气体混合瓶8内。本实施例的空气发生器1的第三个干洁空气出口是通过管道与安装在恒温水浴箱6内的甲醛配气瓶5的进气口连通，该甲醛配气瓶5也可以采用带有橡胶塞的普通玻璃瓶，通过恒温水浴箱6控制瓶内的气体温度恒定，在瓶塞上分别加工有进气口和出气口，在瓶内盛放有甲醛吸收液，进气口端的管道延伸至甲醛吸收液的液面之下，而出气口端的甲醛气体管道是延伸至气体混合瓶8内，通过甲醛气体管道与气体混合瓶8的进气口连通，为了便于检测甲醛气体的流量，在甲醛气体管道上安装有甲醛气体流量计7。本实施例的气体混合瓶8也是在瓶塞上加工有3个进气口和1个出气口，3个进气口分别用于进干洁空气、加湿空气和甲醛气体，一个出气口是用于将配好的甲醛气体输送至光催化反应体系中。
本实施例的光催化反应体系的工作原理是在光照条件下，利用光催化使甲醛得到降解，其实际是一个光催化反应器9，该光催化反应器9是由反应箱体9‐1、光源9‐2、进气管9‐3、石英管9‐4、催化剂填充层9‐5、筛网9‐6、密封管套9‐7、出气管9‐8组成，参见图2。本实施例的反应箱体9‐1具有遮光性能，在其左右两侧壁的中部位置分别加工有安装孔，左进右出，在箱体的顶部安装有光源9‐2，本实施例的光源9‐2是采用500W氙灯和JB截止滤光片组成，氙灯发出的光经420nm的JB截止滤光片滤去紫外光波段而获得可见光。在光源9‐2的正下方设置有水平放置的长为100mm、内径为30mm的石英管9‐4，该石英管9‐4透光性好，以减小对模拟可见光的影响，石英管9‐4距光源9‐2的距离是15cm，在石英管9‐4的两端分别安装有密封管套9‐7、内腔填充有负载型的TiO2光催化剂层，密封管套9‐7用螺纹紧固件与反应箱体9‐1侧壁固定，在密封管套9‐7内安装有筛网9‐6，用于过滤进入光催化反应器9的进气。在石英管9‐4左端的密封管套9‐7中部加工有进气口，在进气口上安装进气管9‐3，穿过反应箱体9‐1左侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与气体混合瓶8的出气口用管道连通。在石英管9‐4右端的密封管套9‐7中部加工有出气口，在出气口上安装出气管9‐8，穿过反应箱体9‐1右侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与采样器10的进气口连通，进气管9‐3和石英管9‐4、催化剂填充层9‐5、筛网9‐6、密封管套9‐7组成催化反应管。
从光催化反应体系出来的甲醛，进入采样体系中采集样品，以便于进一步分析、计算。
本实施例的采样体系是一个QC‐2大气采样器10，其进气口通过管道与光催化反应器9的出气口连通，采集光催化反应前后的甲醛气体，进而可以通过紫外分光光度计测得对应吸光度，计算出甲醛含量，从而得到甲醛的去除率。
实施例2
本实施例的光催化反应器9是由反应箱体9‐1、光源9‐2、石英管9‐4、催化剂填充层9‐5、密封管套9‐7、筛网9‐6组成，本实施例的反应箱体9‐1具有遮光性能，在其左右两侧壁的中部位置分别加工有安装孔，左进右出，在箱体的顶部安装有光源9‐2，本实施例的光源9‐2是采用400W金卤灯和JB截止滤光片组成，氙灯发出的光经420nm的JB截止滤光片滤去紫外光波段而获得可见光。在光源9‐2的正下方设置有水平放置的长为100mm、内径为25mm的石英管9‐4，该石英管9‐4透光性好，以减小对模拟可见光的影响，石英管9‐4距光源9‐2的距离是13cm，在石英管9‐4的两端分别安装有密封管套9‐7、内腔填充有负载型的TiO2光催化剂层，密封管套9‐7用螺纹紧固件与反应箱体9‐1侧壁固定，在密封管套9‐7内安装有筛网9‐6，用于过滤进入光催化反应器9的进气。在石英管9‐4左端的密封管套9‐7中部加工有进气口，在进气口上安装进气管9‐3，穿过反应箱体9‐1左侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与气体混合瓶8的出气口用管道连通。在石英管9‐4右端的密封管套9‐7中部加工有出气口，在出气口上安装出气管9‐8，穿过反应箱体9‐1右侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与采样器10的进气口连通。
其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
实施例3
本实施例的光催化反应器9是由反应箱体9‐1、光源9‐2、石英管9‐4、催化剂填充层9‐5、密封管套9‐7、筛网9‐6组成，本实施例的反应箱体9‐1具有遮光性能，在其左右两侧壁的中部位置分别加工有安装孔，左进右出，在箱体的顶部安装有光源9‐2，本实施例的光源9‐2是采用300W氙灯和JB截止滤光片组成，氙灯发出的光经420nm的JB截止滤光片滤去紫外光波段而获得可见光。在光源9‐2的正下方设置有水平放置的长为100mm、内径为30mm的石英管9‐4，该石英管9‐4透光性好，以减小对模拟可见光的影响，石英管9‐4距光源9‐2的距离是20cm，在石英管9‐4的两端分别安装有密封管套9‐7、内腔填充有负载型的TiO2光催化剂层，在密封管套9‐7内安装有筛网9‐6，用于过滤进入光催化反应器9的进气。在石英管9‐4左端的密封管套9‐7中部加工有进气口，在进气口上安装进气管9‐3，穿过反应箱体9‐1左侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与气体混合瓶8的出气口用管道连通。在石英管9‐4右端的密封管套9‐7中部加工有出气口，在出气口上安装出气管9‐8，穿过反应箱体9‐1右侧的安装孔延伸至箱体外侧，并与采样器10的进气口连通。
其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
Claims (3)
1.一种光催化反应器，其特征在于：在遮光的反应箱体(9‐1)顶部设置有光源(9‐2)、内腔设置有与光源(9‐2)正对的催化反应管，催化反应管水平放置并由石英管(9‐4)和设置在石英管(9‐4)内腔的催化剂填充层(9‐5)、套装在石英管(9‐4)两端的密封管套(9‐7)以及安装在密封管套(9‐7)内的筛网(9‐6)组成，在一端密封管套(9‐7)上加工有进气孔，相对应的另一端密封管套(9‐7)上加工有出气孔，在进气孔上安装的进气管(9‐3)穿过反应箱体(9‐1)的安装孔延伸至反应箱体(9‐1)外，在出气孔上安装的出气管(9‐8)穿过反应箱体(9‐1)的安装孔延伸至反应箱体(9‐1)外。
2.根据权利要求1所述的光催化反应器，其特征在于：所述光源(9‐2)与催化反应管的可调间距是13～20cm。
3.一种应用权利要求1所述的光催化反应器的气相光催化反应测试系统，其特征在于：该测试系统是由动态配气、光催化反应及采样体系三部分组成；
其中动态配气体系包括空气发生器(1)、干洁空气流量计(2)、加湿瓶(3)、加湿空气流量计(4)、甲醛配气瓶(5)、恒温水浴箱(6)、甲醛气体流量计(7)以及气体混合瓶(8)，所述空气发生器(1)有3个干洁空气出口，其中一个通过安装在管道上的干洁空气流量计(2)与气体混合瓶(8)的进气口连通，另外两个分别通过管道与加湿瓶(3)和甲醛配气瓶(5)的进气口连通，加湿瓶(3)的出气口通过安装在湿空气管道上的加湿空气流量计(4)与气体混合瓶(8)的进气口连通；甲醛配气瓶(5)设置在恒温水浴箱(6)内，且甲醛配气瓶(5)的出气口通过安装在甲醛气体管道上的甲醛气体流量计(7)与气体混合瓶(8)的进气口连通；
光催化体系是光催化反应器(9)，采样体系是采样器(10)，其中光催化反应器(9)的进气管(9‐3)入口通过管道与气体混合瓶(8)的出气口连通，光催化反应器(9)的出气管(9‐8)出口通过管道与采样器(10)的进气口连通。
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