[发明专利]一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置

说明书

技术领域：

本发明属于新能源制备领域，具体涉及一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置。

背景技术：

近年来，全球面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，寻求洁净、绿色、可持续的新型能源已经迫在眉睫。新兴的半导体光催化技术，为我们提供了一种利用催化剂粉末通过太阳光照在水中直接产生氢气的方法。由于太阳能取之不尽用之不竭，而氢能又是绿色、燃烧值高、无污染、可循环利用的理想能源，所以通过光解水制氢是一种解决能源问题的有效途径。

光催化分解水制氢的反应机理建立在半导体能带理论的基础上。以半导体材料为光催化剂，当其受到能量相当或高于该半导体禁带宽度的光照时，半导体内的电子受到激发从价带跃迁到导带，在导带和价带分别产生自由电子和和空穴，并利用这种光生电子-空穴对的氧化还原性将水分解，产生氢气和氧气。目前常用的光催化半导体材料多为光响应材料，即能在光照下分解水的半导体材料，例如TiO₂、InVO₄、Bi₂MNbO₇等。因此实验室常用的光催化产氢实验装置多为将反应器皿置于氙灯光照下，通过磁力搅拌器使置于器皿内磁子连续搅拌，实现催化剂颗粒在反应器内悬浮的简单仪器。最近，有关研究发现悬浮在水中的磁性催化剂颗粒如Fe₂O₃、Fe₃O₄等，在近红外光照下施以磁场能够产生很高的发热量，这可能对产氢的效率有很大的提升。鉴于在现有的实验装置中，加入的磁性催化剂颗粒会被吸附在磁子表面，而且有一部分会沉积在器皿底部，不能达到均匀的悬浮状态，这会对实验有很大的影响。这样，导致现有的实验装置不能对反应体系同时施加磁场、光场和热场，因此提供不了理想的耦合场实验条件，所以需要设计新的实验装置来解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，利用此装置可对一系列的磁性催化剂颗粒进行各种实验研究。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于磁性颗粒的光热磁耦合产氢实验装置，包括基座，设置在基座上的电加热板，设置在电加热板上方的磁场发生器，设置在电加热板周向上相对两个侧面的两个镜面反射面板，设置在两个镜面反射面板一侧的电流通断自动控制及温度控制器，以及设置在两个镜面反射面板另一侧的光源；其中，工作时，电流通断自动控制及温度控制器用于对电加热板、磁场发生器进行控制，试样放置在由电加热板、两个镜面反射面板及电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内。

本发明进一步的改进在于，试样通过反应器皿放置在由电加热板、两个镜面反射面板及电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内。

本发明进一步的改进在于，基座上开有槽式平面，用来放置反应器皿及电加热板。

本发明进一步的改进在于，基座上固定有两根固定支撑杆，用来固定磁场发生器。

本发明进一步的改进在于，磁场发生器为一体化结构，其将直流电磁线圈封装在保护壳内，且直流电磁线圈中的电流大小及电流通断时间由电流通断自动控制及温度控制器来控制。

本发明进一步的改进在于，在磁场发生器与固定支撑杆套装的部分开设有用于调节磁场发生器高度的螺纹孔。

本发明进一步的改进在于，基座的边缘开有矩形槽，用来放置两个镜面反射面板。

本发明进一步的改进在于，电流通断自动控制及温度控制器的迎光面安装有镜面反射面板。

本发明进一步的改进在于，电流通断自动控制及温度控制器的迎光面开设有用来安装镜面反射面板的镜面反射面板卡槽。

本发明进一步的改进在于，光源采用氙灯或紫外灯。

相对于现有技术，本发明具有下列优点与效果：

1、本发明为目前新兴的磁性光催化颗粒提供一种可以耦合磁场、光场、热场的多物理场的实验装置，为科研工作者对磁性光催化颗粒的性质做进一步的科学研究提供实验装置。本发明可用电流通断自动控制器产生间歇性极性相反的脉冲磁场，磁场发生器的位置、磁场的大小、脉冲的时间均可根据实验需要人为设定。也可产生恒定的磁场。光源可选择现有的仪器，最大程度上利用现有资源。镜面反射面板的设置既能增大光线利用率又能防止控制器背面迎光面温度过高。加热板为电加热方式，可由温度控制器控制恒温加热，安全方便。

2、反应器皿放置在由电加热板、两个镜面反射面板和电流通断自动控制及温度控制器围成的空间内，由于四周镜面反射的作用，使得最大程度地提高了光源的利用率。