[發明專利]一種利用太陽能光催化制氫的反應裝置

無效

• 申請號: 201210556202.5
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103861542A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 李燦;楊民;蔣宗軒;劉鐵峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;C01B3/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明屬于可再生能源規模制備領域，涉及一種直接太陽能光照下的光催化分解水和污染物以及重整生物質制氫、氫氣凈化、分離及收集裝置，特別涉及一種利用太陽能光催化制氫的新型反應裝置。

背景技術

氫氣以其具有清潔、高效，高熱值、環境友好的特點，成為21世紀最有前途的新能源。雖然氫能距離廣泛應用還有較長時間，但對其的研究和開發對于解決人類可持續發展中所面臨的能源問題具有重要意義。將太陽能轉化為氫能可以形成一種良性循環的能源體系。科學家已經描繪出了一種理想的氫能體系:利用太陽能分解水，再通過燃料電池將產生的H₂和O₂進行電化學反應，產生電能;產物水又可作為太陽能制氫的原料。整個體系實現了完美的循環，而且對環境沒有任何污染。目前制約太陽能光催化制氫的關鍵問題是，高效、可行的光催化反應系統的研制和開發。光催化反應系統置的研制和開發的難點有兩個：一是先進的太陽能聚光技術；二是高效的光催化反應器。太陽能取之不盡，用之不竭，是理想的清潔能源，但其能量密度低、分散和不穩定等缺點限制了對其進行規模利用。太陽能聚光裝置，尤其是帶有高精度自動跟蹤太陽功能的太陽聚光裝置的出現，使太陽能的高效利用成為了可能。在此基礎上，如果能夠開發出不同于傳統的管式光催化反應器的新型光催化反應器，克服傳統的管式光催化反應器的利用聚焦后太陽光不充分和催化劑易在反應液中沉降等缺點，將會大幅度提高太陽能光催化制氫的效率。

帶高精度自動跟蹤太陽功能的太陽聚光裝置，由于具有實時跟蹤太陽的功能從而可以最大限度地利用太陽能，已被國內外多家成功地應用于太陽能發電領域中，在歐洲和國內都有大型的示范裝置。目前在國內外，將帶高精度自動跟蹤太陽功能的太陽聚光裝置與光催化制氫相耦合的例子還未見有正式報道。在另一方面，新型光催化反應器在光催化降解有機物技術中得到了充分的采用，而在光催化分解水和污染物制氫技術中目前主要采用的還是傳統的管式光催化反應器。這種管式反應器存在有以下缺點：（1）由于外表面積的限制，傳統的管式光催化反應器受光面積有限，大大限制了對聚焦后太陽光的利用；（2）傳統的管式光催化反應器的結構相對簡單，很容易造成光催化劑從反應液中沉降下來，不僅嚴重地影響光催化制氫的效率，并且由于造成堵塞大大地影響到了光催化反應的穩定性。

檢索和查閱相關的文獻和專利等資料發現，目前有不少關于光催化分解水和污染物以及重整生物質制氫反應的報道，但這些體系由于實驗裝置等條件的限制，一般采用簡單的太陽聚光裝置，而沒有采用帶高精度自動跟蹤太陽功能的太陽聚光裝置，不能充分而高效地利用太陽能。在光催化領域，新型光催化反應器的應用主要局限于光催化降解有機物污染物的反應中，而利用新型光催化反應器反應分解水和污染物以及重整生物質制氫的實驗卻沒有正式報道。

參考文獻：CN101033058A2007.9.12；CN100515924C2009.7.22；CN101973519A2011.2.16；CN102151534A2011.8.17；KR20110066335A2011.6.17；JP10218601A1998.8.18。

發明內容

本發明公開了一種利用太陽能光催化制氫的新型反應裝置。利用該套裝置可以直接、高效和穩定地實現連續式太陽能光催化劑分解水和污染物以及重整生物質制氫，并可實現對所生成氣體的分離、凈化、檢測和收集。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所開發裝置的儲液罐的進料口連接有進料泵，并且其頂部開有加料口；儲液罐頂部出口首先連有過濾器，隨后依次連接氣相色譜儀、流量計和集氣瓶；儲液罐底部出口連接循環泵，將循環泵連接到光催化反應器的一端，光催化反應器的另一端連接到儲液罐的上部；儲液罐壁上分別設有溫度探頭和精密壓力表；而在儲液罐的底部出口處連接有氮氣瓶。

光催化反應器主要由軸式太陽聚焦器和蛇形盤管式反應器兩部分組成：軸式太陽聚焦器由線性拋物面聚光器和自動跟蹤太陽系統所組成（或只由線性拋物面聚光器構成），蛇形盤管式反應器被放置于在線性拋物面聚焦器的中心光斑處位置。由于軸式太陽聚焦器所聚焦的太陽光溫度較高，為了不影響光催化反應的進行，在蛇形盤管式反應器周圍加裝有冷卻循環水。將多個光催化反應器并排排列在一起后，可以通過PVC管依次連接各蛇形盤管式反應器串的進口和出口，這樣就根據設計要求隨意增減光催化反應器的數量。此外，利用PVC管依次連接多套冷卻循環水的進口20和出口21，就可實現多套光催化反應器共用一套循環冷卻水裝置。

蛇形盤管式反應器由石英或派熱克斯Pyrex玻璃制成。