[發明專利]光催化微小液?固流化床反應器

有效

• 申請號: 201610813933.1
• 申請日: 2016-09-10
• 公開（公告）號: CN106215827B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 劉明言;楊中國;王曉云
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J19/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 王麗英

技術領域

本發明涉及光催化技術領域，尤其涉及微小液-固流化床反應器技術。

背景技術

微反應器自20世紀90年代問世以來即被應用于光催化領域。光催化微反應器的特征尺寸在1mm以下(Chem.Eng.Sci.,2001,(56):293-303)，它具有許多優點，比如高比表面積(>10000m²/m³)、高的傳質和傳熱速率、光照均勻衰減小等(Lab on a Chip,2001,1(1):22-28；AIChE J.,2007,53(3):695-700；Chem.Eng.J.,2008,135(4):S303-S308)。同時，它也有一些明顯的缺點。第一，與懸浮的催化劑顆粒相比，負載在微通道內表面的催化劑的相界面積很小；第二，微反應器的特征尺寸決定了其受光照的面積非常小，單個微通道的處理能力非常有限(通常<100μL·min^-1)。中國專利CN200610029643.4(金利通等，華東師范大學，毛細管陣列光催化反應器及其制備和應用)，中國專利200910197401.X(王宏志等，東華大學，基于納米棒陣列的微通道式光催化微反應器及其制備方法)和201010148412.1(尚金堂等，東南大學，光催化微反應器的制備方法)都以微通道作為反應區域，存在受光面積小，單個微通道處理量低，平行放大困難等問題。中國專利201210051512.1(馬曉迅等，西北大學，二氧化鈦光催化微反應器)提供了一種平行放大的方式，但以光纖作為光的通道存在光的有效傳播距離的限制(AIChE J.2006,52(6):2271-2280)，或者需設置結構復雜的內置光源，同時反應器是間歇操作等。中國專利CN201410415832.X發明了一種平板式光催化微反應器(劉明言等，天津大學，有金屬離子摻雜的二氧化鈦板式光催化微反應器及反應器中催化劑薄膜的制備方法)，其處理能力有待加強。

關于宏觀尺度的光催化流化床反應器的國內外文獻包括專利等不少，譬如，中國專利CN02281186.9，尤宏等，哈爾濱工業大學，三相內循環流化床光催化反應器；中國專利CN03257692.7，陳慧，天津理工學院，強制循環三相流化床光催化反應器；中國專利CN200620172681.0，劉紅等，武漢科技大學，一種三相內循環流化床光催化反應器；中國專利CN201120519327.1，徐航等，河南科技大學，流化床光催化反應器及其氣體分布器；中國專利CN201210374969.6，喻澤斌，廣西大學，三相內循環流化床光催化反應處理污水的方法。雖然光催化流化床反應器內的反應物與催化劑混合均勻、傳質和傳熱速率高、有效光照面積大、量子效率高(Chem.Eng.Sci.,2008,63:4228-4238；Appl.Catal.B,2007,69:189-195；Chem.Eng.Sci.,2000,55:5089-5098)，但其也存在以下劣勢：首先，由于上述宏觀光催化反應器的特征一般在5cm以上，尺寸較大，光線穿過溶液或催化劑顆粒時衰減嚴重，這會導致催化效率低，反應液體需循環，反應時間長(>1h)等。其次，此類反應器中常用的納米催化劑顆粒雖然效果好，但分離回收困難且成本高。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種特征尺寸介于微反應器和宏觀反應器之間的且具有較高的平均反應速率的微小液-固流化床反應器。

本發明的光催化微小液-固流化床反應器，它包括石英管和放置在石英管內的玻璃珠，在所述的石英管內壁和玻璃珠的表面均負載有催化劑薄膜，在所述的石英管底部開有進液口，在所述的進液口處設置有篩網作為液體分布器，所述的進液口通過管道與液體微量注射泵出口相連，在所述的石英管頂部有擴大段，在所述的擴大段上設置有液體出口，所述的液體出口上連接有出口管道以供反應后的液體流出反應器，在所述的石英管的前方設置有光源，在所述的石英管的后方設置有拋物線型的反光罩，所述的拋物線型的反光罩能夠將光源射出的平行光聚集在反光罩的焦點上，所述的石英管的軸線與反光罩的焦點重合，所述的反光罩的長度比石英管的長度大。

采用本發明的光催化微小液-固流化床反應器的有益效果是：