[發明專利]一種利用可見光催化轉化甲烷的裝置

無效

• 申請號: 201310349869.2
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103406022A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王羅春;武文燕;陳飛;李亭;林志靜
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/72
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于化學工程領域，尤其涉及一種光催化轉化甲烷的裝置，具體來說是一種利用可見光催化轉化甲烷的裝置。

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背景技術

甲烷是一種全球變暖潛能（GWP）很高的強效溫室氣體，其CH₃—H鍵的離解能為435?kJ/mol，C原子與四個H原子形成四個等價的C-H鍵，形成一個非常對稱的正四面體結構，并且不具備利于其他物質進攻的官能團和磁性、極性，化學性質十分穩定，難于轉化。因此迫切需要尋求一種能夠在常溫常壓下快速轉化甲烷的方法，光催化氧化方法被認為是打破這種熱力學壁壘的方法之一。以傳統的TiO₂為光催化劑，利用紫外光的能量突破CH₄中C-H鍵活化的熱力學限制已證實了其可行性，而太陽光中紫外光僅占5%左右，太陽光利用率低，制約著這一技術的大規模應用，因此需要開發更有效的可見光光催化轉化CH₄的方法。

李曉華等曾經發明了一種利用低壓汞燈快速光催化分解甲烷的方法，該方法對于甲烷、二氧化碳混合氣（甲烷20%，二氧化碳80%），以涂覆在鈦網板上的TiO₂為催化劑，相對濕度為15.5%RH時，在間歇光照條件（開燈10min關燈10min）下，甲烷轉化速率達到430.37mg/（m³﹒min）。但是此法局限于在紫外光照條件下對甲烷的降解。本發明通過改變反應器的構造及催化劑類型，開發了一種可見光照下降解甲烷的光源外置式反應裝置。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供了一種利用可見光催化轉化甲烷的裝置，所述的這種利用可見光催化轉化甲烷的裝置解決了現有技術中只有在紫外燈光照條件下才能對甲烷降解的技術問題。

本發明為一種利用可見光催化轉化甲烷的裝置，包括一個筒體，所述的筒體的內部設置有一個支架，所述的支架上設置有鈦網，所述的鈦網上設置有催化劑，所述的催化劑為BiVO₄粉末，所述的支架的下部設置有一個風扇，所述的筒體的上端設置有一個可透光的蓋子，所述的蓋子的垂直方向上設置有一個光源，所述的筒體的底部設置有至少一個進氣口，所述的筒體的上端的一個側壁上設置有一個出氣口。

進一步的，所述的筒體的外周設置有一個通水套管，所述的通水套管和所述的筒體密閉連接，所述的通水套管的一側的側壁的上部設置有一個進水口，所述的通水套管的另外一側的側壁的下部設置有一個出水口，

進一步的，所述的鈦網為至少兩層套合的網狀結構，所述的鈦網上部開口，所述的圓柱狀鈦網的內側還固定設置有兩個圓錐體鈦網，所述的圓錐體鈦網的開口朝上。

進一步的，所述的筒體上設置有一個測量溫度的裝置和測量濕度的裝置，所述的測量溫度的裝置和測量濕度的裝置和所述的筒體的內腔相通。

進一步的，所述的可透光的蓋子由石英玻璃構成。

進一步的，所述的通水套管的外壁上設置有一層避光層。

進一步的，所述的避光層為錫箔紙。

進一步的，所述的光源采用太陽光模擬器。

本發明的這種利用可見光催化轉化甲烷的裝置的測定步驟及方法如下：

（1）向光催化反應裝置內通入體積比為CH_4?:?CO_2?=?1?:?9的混合氣體，同時調節氣體初始濕度RH（8—10%）。溫度在通氣及反應的過程中可通過通水套管調節。

（2）待甲烷含量和濕度穩定后，密封進氣口和出氣口，并檢測反應器出口處甲烷的濃度。

（3）打開太陽光模擬器進行間歇5min暗反應、10min光反應，進行可見光催化降解，每90min檢測反應器出口處甲烷的濃度，直至反應進行450min，終止反應。

甲烷的光催化降解反應分兩步進行：1.甲烷吸附到催化劑表面；2.吸附到催化劑表面的甲烷發生光催化分解反應。

本發明中所述的甲烷轉化速率的計算公式如下：

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其中，c₀為光照反應開始時甲烷的濃度g/L；c_t為光照反應結束時甲烷的濃度g/L；t為光照時間min。