[发明专利]一种连续流动的光热催化CO2

说明书

本发明公开了一种连续流动的光热催化COsubgt;2/subgt;还原反应系统，包括质量流量控制计、气固反应器和液相产物收集装置；所述气固反应器包括流道板，其表面设置有流体腔，流体腔的顶部密封设置有光窗，光窗的底部设置有光热催化基底并位于流体腔中，流道板的两侧设置有与流体腔连通的进气口和出气口，进气口通过加湿装置与质量流量控制计连接，出气口依次连接液相产物收集装置和气相色谱仪；该还原反应系统实现了光热协同作用下的COsubgt;2/subgt;还原反应，具有催化界面反应环境均匀、反应物中间体驻留时间长、便于光场和温度场的解耦、反应面积大和便于调节反应物质中水气比的优势，还可对光热催化COsubgt;2/subgt;还原催化剂的性能进行准确研究。

技术领域

本发明涉及CO₂还原技术领域，具体为一种连续流动的光热催化CO₂还原反应系统。

背景技术

近年来随着全球范围内的经济增长，人类对能源的需求日益增加。因此利用太阳能将二氧化碳转化为液体燃料或其他有机化合物，具有巨大的应用潜力。目前为止，通过电催化、光电催化、光热催化等方式均可以实现太阳能到化学能的转变，其中光热催化反应是在传统光催化基础上，加以耦合热能作用降低反应能垒、优化催化位点吸脱附特性，从而实现更高效的CO₂还原过程，具有反应速率快、无污染、成本低等优点，具有广泛的应用前景。

光热催化CO₂还原是选用合适的半导体或半导体-金属复合材料作为催化剂，在太阳光的激发下，催化剂内部产生电子-空穴对，并分别迁移至催化剂表面与水和溶于水的CO₂分子发生还原氧化反应，从而将太阳能转变为储存在液体燃料或其他有机化合物内的化学能。该研究领域虽然具有格外重大的研究价值，但所处的研究阶段还非常早期，太阳能转化效率和产物生成速率都还普遍较低。

因此目前该领域的相关研究主要集中在催化剂的选择制备和光热反应机理的研究。首先，研究此类复杂催化反应的机理往往需要在保证催化环境均匀、准确、可控的条件下，更好的将光、热这两种反应驱动力分开讨论。现有的光热催化反应装置反应腔体一般较大，很难保证所有催化剂颗粒表面的物理场分布都是空间上均匀、时间上稳定的。而要想实现这一点，反应器的结构需要得到充分的优化。其次，对于气固相的光热催化CO₂还原反应来说，高温反应气流内CO₂和水蒸气的配比对催化剂的测试性能影响较大，但现有反应装置很难做到对这方面的针对性调控。另外，光热催化CO₂还原是一种多步反应，反应历程涉及多种反应中间体的生成、吸脱附、再反应，因此高附加值的多碳产物(C2+产物)的生成也十分依赖于催化环境的调控。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种连续流动的光热催化CO₂还原反应系统，实现了光热协同作用下的CO₂还原反应，具有催化界面反应环境均匀、反应物中间体驻留时间长、便于光场和温度场的解耦、反应面积大和便于调节反应物质中水气比的优势，还可以对一系列光热催化CO₂还原催化剂的性能进行准确研究。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种连续流动的光热催化CO₂还原反应系统，包括质量流量控制计、气固反应器和液相产物收集装置；

所述气固反应器包括流道板，其表面设置有流体腔，流体腔的顶部密封设置有光窗，光窗的底部设置有光热催化基底并位于流体腔中，流道板的两侧设置有与流体腔连通的进气口和出气口，进气口通过加湿装置与质量流量控制计连接，出气口依次连接液相产物收集装置和气相色谱仪，质量流量控制计用于控制进入气固反应器的气体的流量。

优选的，所述流道板的顶部固定设置有上盖板，上盖板形成有光孔，光孔与光窗同轴设置。

优选的，所述光孔上大下小的锥孔。