[发明专利]一种新型光催化反应测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化材料性能测试方法及装置，尤其是一种具有温度与湿度测量功能的光催化反应装置。 

背景技术

在这个提倡低污染、低能耗的时代，越来越多的研究者开始关注光催化材料反应，如光催化材料降解有机污染物，光催化材料分解水制氢等。目前关于半导体光催化剂的应用研究主要集中在以下几个方面：抗菌除臭；分解污水中的有机物；处理重金属离子；废气净化；自清洁作用；光催化氢气和氧气，可提供无污染的、高效的、无害的清洁能源。但是光催化技术发展至今，并未实现大规模的应用，其主要原因是TiO₂的光催化氧化效率受诸多因素的影响，如反应温度、流速、湿度、光强等。气相光催化反应过程中，水分子的存在是必须的，它们能够提供可捕获光生空穴的羟基，进而产生氧化性非常高的羟基自由基-OH，以氧化分解吸附在催化剂表面的污染物质。虽然气-固相光催化反应并不一定主要通过羟基自由基进行，但仍然存在催化剂表面的水与空穴作用生成羟基自由基的可能，同时还有利于氧气的光吸附，并在大多数情况下能加快光催化反应的进行。但有学者发现，TiO₂表面吸附的水能使光致电子和空穴更加容易符合，从而导致光催化效率降低。在光催化反应中，H₂O分子在紫外光的照射下与纳米TiO₂反应生成具有高度氧化性的羟基自由基(-OH)，因此研究相对湿度对光催化净化气体的影响有重要实际意义。 

以光催化材料TiO₂为例，光催化反应的实验原理，当催化剂TiO₂以波长小于385nm的光照射后，能够被激发产生光生电子-空穴对。光生电子-空穴对转移到本体表面后，一般与表面吸附的H₂O或空气中的氧反应形成具有强氧化活性的羟基自由基和活性氧，反应如下： 

TiO₂+hv→TiO₂+h⁺+e^-

H₂O+h⁺→·OH+H⁺

O₂+e^-→·O₂^-

研究表明，在光催化反应中，在一定的温度范围内，光催化反应速率是与温度成正比的，这可能是由于在这个温度范围内，光催化氧化反应与反应物分子或中间产物在催化剂表面的扩散和迁移，以及活性中心上的反应产物的脱附步骤等有关，在其他温度范围内，温度的影响并不明显。环境温度(T)和相对湿度(RH)直接影响反应物种(污染物)在吸附在光催化剂上的吸附及扩散过程，在一定程度上对光催化反应速率产生了很大的影响。然而大部分反应装置没有考虑温度和湿度的即时测试，因此，研究一种具有温度和湿度测量功能的光催化反应装置具有重要意义。 

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明专利提供了一种新的光催化反应装置。本发明装置通过温度传感器和湿度传感器，能够即时测试光催化反应温度和湿度的数据及其对光催化性能的影响。 

为达上述目的，本发明专利采用了如下技术方案： 

一种带有温度传感器和湿度传感器的反应装置，该反应装置包括：1.表面皿 2.气体进口阀门 3.气体出口阀门 4.温度传感器探头插口 5.湿度传感器探头插口 6.温度传感器探头 7.湿度传感器探头 8.温度和湿度传感器显示屏。9.反应器。在本发明装置中，光催化反应器9正面透光窗口为滤波片石英材料，反应器内底部可放置小表面皿或玻璃片1，直径为4-6cm将活性评价用的光催化材料平铺于1，反应气体(IPA或CO₂，其中IPA为异丙醇C₃H₈O的简写)通过阀门2进入反应器9，气体管道为塑胶管或硅胶管。阀门3可以实现反应器9内气体流出，保持反应器9内的气体流通，在反应开始前，将温度传感器探头6和湿度传感器 探头7分别插入温度传感器探头插口4和湿度传感器探头插口5中，通过数据线，温度值和湿度值将会显示在温度和湿度传感器显示屏8上。光源(氙灯，LED等)照射反应器9实现光催化反应，密闭气体进样针实现气体的转移，利用检测装置气相色谱仪进行生成物的检测与分析。本发明的特点在于装置简单，实用，便于操作。 

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。