[发明专利]由三维电场及石墨烯强化的中空光导纤维光催化反应器

权利要求书

1.一种光纤光催化反应器，该反应器主要由光纤组束[7]与其上催化剂涂层[16]组成，其特征在于组成所述光纤组束[7]的光纤为中空光导纤维[9，10，11，12，13，14]，该中空光导纤维两端有光收集凸镜[8]；所述催化剂涂层[16]由二氧化钛和石墨烯组成并经高温陶瓷化烧结制成；光由光纤两端双向进入，对带有催化剂涂层的整体中空光纤组件[7]外施加三维低频电场。

2.根据权利要求1所述的光纤光催化反应器，其特征是；光导纤维采用中空光导纤维，而且中空光导纤维束的光导入两端由光导纤维材料本身或催化剂涂层材料[17]粘合封闭，并且中空光导纤维束的光导入两端头为闭合凸镜结构。

3.根据权利要求1所述的光纤光催化反应器，其特征是；该反应器采用对带催化剂涂层的中空光导纤维施加三维低频电场，其外加三维低频电场由三对电极板[1，2，3，4，5，6]放置于与三个互相垂直的对称轴相垂直的位置实现，其中与光纤光导入端相邻的一对电极[1，2]板采用穹形全反射镜面金属板，并在其光反射焦距处放置紫外灯管。绝缘材料制成的隔离垫片用于相邻电极板间及电极板与反应介质间的绝缘隔离。

4.根据权利要求3所述的对带催化剂涂层的中空光导纤维组束施加的三维低频电场，其特征是：三维低频电场的频率及三对电极的交替供电频率与电子空穴的在催化剂涂层内表面的产生速率和传递至催化剂涂层外表面的速率，催化剂涂层厚度，反应物分子在光催化反应表面的吸附速率，光催化反应时间以及光催化产物的脱附速率相协调匹配。

5.根据权利要求1所述的光纤光催化反应器，其特征是：其制造采用简洁步骤，即：采用中空光导纤维经拉制成形及表面涂膜的简化固定化方法，其特征是用高温将两端熔合成凸镜并压缩粘合，高温一次变径抽丝成型，以及高温浸蘸催化剂涂液多次然后高温陶瓷化烧结。

6.根据权利要求1所述的光纤光催化反应器，其特征是：催化剂涂层由二氧化钛和石墨烯组成并经高温陶瓷化烧结。

7.根据权利要求1所述的中空光导纤维，其特征是：除光纤两端经高温挤压粘合外，带有催化剂涂层的光纤中间段为直径比光纤两端粘合部分相对较小的中空光纤，即：中空光导纤维束除光导入两端粘合段外的中间部分[11，12]为经拉伸后的直径较细中空光纤以便为催化剂涂层和反应物流体通过留下空间。

8.权利要求4所述的光纤两端熔合形成的凸镜，其特征是：其曲率能使光汇聚后分散至从光纤外部涂有催化剂的光纤起始端部分开始照射及传输。

9.根据权利要求1所述的光纤光催化反应器，可作为模块化组件，组成利用太阳能自然光的用于室外大型水，污水及空气净化的处理规模各异的光催化反应器组，其特征是：其中一侧光源改为太阳能自然光源或采用单侧光(太阳能自然光或人工紫外光)输入。

10.根据权利要求9所述的光催化反应器模块化组件，可组成太阳能和人工紫外光两用的光催化反应器组，漂浮于水面用于水及污水净化，其特征是：采用首尾套管[19，20]嵌套相连的紫外光源箱及浮力水箱分隔的双层结构容器[18，22]将光纤束一侧光导入端封闭于光源箱，利用浮力和重力的相对变化调节光导入的方向及所使用的光源类型。