[发明专利]一种自动进样的流动相光催化反应装置

说明书

本发明公开了一种自动进样的流动相光催化反应装置，包括催化系统和气体导流系统，催化系统包括：光催化反应器，具有反应气体入口、反应产物出口和反应剂入口；催化剂槽，设置于反应腔体内；光源装置，用于向反应腔体内照射光线；自动进样器，用于向反应腔体内输送反应剂；气体导流系统用于通过反应气体入口向反应腔体内输送反应气体。本发明向光催化反应器连续地供给反应剂和反应气体，反应剂经光照蒸发附着在催化剂表面，与持续流动的反应气体形成气‑液‑固三相界面，从而发生催化作用。整个催化反应过程流畅，显著提高了催化反应的效率，通过配备自动进样器控制了光催化反应器中的反应剂的含量，抑制了过氧化的发生，易生成高价值的化学品。

技术领域

本发明涉及光催化甲烷转化技术领域，尤其涉及一种自动进样的流动相光催化反应装置。

背景技术

催化甲烷转化为具有高价值的燃料是催化领域的重要研究方向。甲烷是天然气、页岩气和天然气水合物的主要成分，它不仅是一种丰富，低成本和清洁的燃料，而且是一种很有前途的化工原料。直接和选择性地将甲烷转化为附加值较高的碳氢化合物或液态含氧化合物是化学工业减少对石油依赖的理想目标之一。然而，由于CH₄中C-H键的高解离能(439kJ mol-1)，使得甲烷转化非常困难。在工业上，通常需要极高的温度(600℃)，才能使得甲烷转化。

光催化可利用可再生的太阳能在环境条件下将甲烷转化为高价值化学品，是一种理想的、绿色的催化转化方法。到目前为止，诸如TiO₂、ZnO、BiVO₄等高效的光催化剂已经被开发出并用于光催化甲烷转化反应。

目前采用的间歇式反应器是能够实现光催化甲烷转化，但由于光催化反应器体积固定，只能容纳一定体积的甲烷，传质受阻，导致效率底下，并且极易过氧化，生成价值较低的一氧化碳和二氧化碳。

因此，如何提高光催化氧化反应效率，降低过氧化，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动进样的流动相光催化反应装置，以提高光催化氧化反应效率，降低过氧化。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种自动进样的流动相光催化反应装置，包括催化系统和气体导流系统，所述催化系统包括：

光催化反应器，所述光催化反应器具有反应腔体以及与所述反应腔体连通的反应气体入口、反应产物出口和反应剂入口；

催化剂槽，设置于所述光催化反应器的反应腔体内，用于盛放催化剂；

光源装置，用于向所述光催化反应器的反应腔体内照射光线；

自动进样器，所述自动进样器的输出口与所述反应剂入口密封连通，用于向所述光催化反应器的反应腔体内输送反应剂；

所述气体导流系统用于通过所述反应气体入口向光催化反应器的反应腔体内输送反应气体。

可选地，在上述自动进样的流动相光催化反应装置中，所述气体导流系统包括：

供气瓶，用于储存反应气体；

气体流量计，所述供气瓶的出气口与所述气体流量计的入口连通，所述气体流量计的出口与所述反应气体入口连通。

可选地，在上述自动进样的流动相光催化反应装置中，所述气体流量计为在线气体流量计或离线气体流量计；

所述气体流量计包括质量控制器和流速显示仪，所述质量控制器用于控制反应气体的流速，所述流速显示仪用于显示反应气体的流速。

可选地，在上述自动进样的流动相光催化反应装置中，所述光催化反应器还包括：