[发明专利]一种多功能光电化学双室反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器，尤其是涉及一种在线或离线检测光电催化降解污染物及同步产氢的光电化学双室反应器。

背景技术

随着工业和生产的高速发展，日趋严重的环境污染以及能源匮乏问题已经成为了当今社会最为严峻的两大考验。光电催化技术由于其具有氧化能力强，可控性高，反应条件温和，材料制备易得，无直接的二次污染等优点而得到了广泛的使用。

目前主流的技术主要是重点关注有机污染物的光电催化降解以及光电催化产氢，最近的一些工作中提出了光电催化降解污染物及同步产氢的研究。目前在此类研究中氢气的检测基本是采用的离线检测的方式，众所周知，离线检测中间涉及估算过程，因此相应得到产氢量数据不会相对而言准确度不够高。在线气体检测具有准确度高，操作简便等优点，并且在线气体收集装置市面上也已经批量化生产了，然而目前与之配套的装置主要有粉体光催化产氢以及单室的光电催化产氢的反应器，并没有能够用于同步降解污染物及产氢的双室反应器。这就导致了目前的研究工作收到了一定的局限。同理，在产生其他气体的光电化学过程中，气体产物的准确测量都依托于在线气体检测的方法。

因此设计一个能够便于光照、能与在线气体收集装置相匹配离线采集气体、能够进行液体样的采样以及能通用于两电极光电池与三电极光电催化体系的光电化学双室反应器对于同步降解污染物及产氢的研究及应用都具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在线或离线检测光电催化降解污染物及同步产氢的光电化学双室反应器及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多功能光电化学双室反应器，包括呈镜面对称设置并连接的两个反应器单元，所述的反应器单元包括池体、顶盖、法兰接口、球膜接口、液体采样口以及石英光窗，所述的池体内用于放置反应溶液，其中下部侧面引出圆柱形通道，所述两个反应器单元的圆柱形通道端部加工成互相配合的法兰接口，在所述圆柱形通道内还设有用于将两个反应器单元分隔的质子交换膜，所述的液体采样口设置在池体的中部，所述池体的中上部还引出用于连接在线气体收集装置或离线采集气体的球膜接口，所述的顶盖与池体顶端开口密封结合，在顶盖上还设有至少一根贯穿所述顶盖且底部设有电极夹的导线，所述的池体的下半部分上还设有石英光窗。球膜接口可以根据不同的气体在线检测装置接口进行单独的尺寸和形状设计。

作为优选的实施方案，所述的池体的下半部分还包裹有连接外部冷凝水管的冷凝水套层。

作为优选的实施方案，所述的顶盖和池体顶端开口通过磨口玻璃结合。

作为优选的实施方案，顶盖与池体之间还辅以真空酯密封。

作为优选的实施方案，所述导线的数量为1-3根。

作为优选的实施方案，所述的导线为细金属棒。

作为优选的实施方案，实验时，质子交换膜安置在所述法兰接口处，并采用金属夹子固定。

多功能光电化学双室反应器用于两电极光电池体系或三电极光电催化体系的光电化学反应。接口、连接球膜(与气体在线检测装置连接)、石英光窗、液体采样口以及冷凝水套层。产生的气体可以通过相连的气体在线收集装置进入气相色谱仪实现定量检测。同时也可以通过封闭的球膜接口实现离线气体检测。该装置可用于光电化学过程中产生的多种气体的收集检测，如：H₂、O₂、CO₂、CH₄等等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明中提出的装置功能齐全，可用于两电极光电池体系和三电极光电催化体系，同时也可用于离线气体检测、在线气体检测以及离线液体检测，适用于非常广泛的光电化学研究。

(2)本发明中提出的装置填补了目前在线检测光电过程中气体产物的双室反应器的空缺，促进了同步处理污染物(或生物质)及产能源气体的产物检测和机理研究的发展。

(3)本发明装置不仅装配简单、取样方便，同时又能在实际的研究与应用方面起到很好的效果。

附图说明

图1为本发明的多功能光电化学双室反应器的主视结构示意图；

图2为本发明的多功能光电化学双室反应器的左视结构示意图；

图3为本发明的多功能光电化学双室反应器的顶盖的剖视图；

图4为本发明的多功能光电化学双室反应器的顶盖的俯视图；

图中，1-池体，2-冷凝水套层，3-顶盖，4-球膜接口，5-液体采样口，6-法兰接口，7-石英光窗。