[發明專利]一種確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統和方法

有效

• 申請號: 201811593440.7
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN111366492B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 馮寧東;楊龍霄;鄧風
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 董路

1.一種確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于：包括光催化反應裝置、洗脫裝置、水蒸氣提供裝置、排空管和三通閥門，三通閥門具有第一接口、第二接口和第三接口，水蒸氣提供裝置包括第一氣瓶、第一氣體質量流量計、盛水容器、加熱器、第一通氣管和第一出氣管，盛水容器上設有進氣口和出氣口，盛水容器內裝有去離子水，去離子水的液面位于進氣口和出氣口的下方，盛水容器通過加熱器進行加熱，第一通氣管的一端與第一氣瓶連接，另一端穿過進氣口并位于去離子水的液面以下，第一氣體質量流量計安裝于第一通氣管上，第一出氣管的一端與出氣口連接，另一端與第一接口連接，洗脫裝置包括第二氣瓶、第二氣體質量流量計和第二通氣管，第二通氣管的一端與第二氣瓶連接，第二氣體質量流量計安裝于第二通氣管上，光催化反應裝置包括光催化反應器、溫度控制裝置、氣體檢測器、第三通氣管和第二出氣管，光催化反應器與溫度控制裝置連接，第三通氣管的一端與第二接口連接，另一端與光催化反應器入口連通，第二通氣管的另一端與第三通氣管連通，第二出氣管的一端與光催化反應器出口連通，另一端與氣體檢測器連接，排空管與第三接口連接。

2.根據權利要求1所述的確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于：所述的洗脫裝置還包括二通閥門，二通閥門安裝于第二通氣管上，第二氣體質量流量計和二通閥門沿著第二通氣管中氣體流動的方向依次布設。

3.根據權利要求1所述的確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于：所述的溫度控制裝置包括循環水套、循環水管路和循環水儀，循環水儀通過循環水管路與循環水套連接，光催化反應器與循環水套連接。

4.根據權利要求3所述的確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于：光催化反應裝置還包括光源，光催化劑反應器的頂部為石英蓋，光源位于光催化反應器的正上方，循環水套包覆于光催化反應器的外壁上。

5.根據權利要求1所述的確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于：所述的加熱器為水浴加熱器，盛水容器位于水浴加熱器中。

6.根據權利要求1所述的確定光催化反應中單位光催化劑吸附水量的最佳值的系統，其特征在于，該系統的使用方法包括如下步驟：

6.1、將光催化劑均勻的分散在光催化反應器的底部上；

6.2、關閉三通閥門的第一接口、第二接口和第三接口，打開第二氣瓶和第二氣體質量流量計，持續向光催化反應器中通入高壓氣體，直至吸附在光催化劑表面上的水被高壓氣體沖洗脫附完全，關閉第二氣瓶和第二氣體質量流量計；

6.3、打開第一接口、第三接口、加熱器、第一氣瓶和第一氣體質量流量計，調節加熱器的溫度加熱盛水容器，使盛水容器產生水蒸氣，持續向盛水容器中通入高壓氣體，直至完全去除去離子水中的氧氣；

6.4、關閉第三接口，打開第二接口、溫度控制裝置和光催化反應器出口處的閥門，調節溫度控制裝置的溫度小于0℃，向光催化反應器中通入高壓氣體2s后，關閉第二接口，打開第三接口和光催化反應器，調節溫度控制裝置的溫度至室溫，光催化反應完全后，打開氣體檢測器、第二氣瓶、第二氣體質量流量計以及光催化反應器出口處的閥門，檢測光催化反應的產物氣體產生的量；

6.5、重復步驟6.4 N-1次，N為正整數，分別向光催化反應器中通入高壓氣體4s、8s、16s、2^Ns，檢測N次光催化反應的產物氣體的量，產物氣體最多時通入高壓氣體的時間為高壓氣體最佳的通入時間；

6.6根據高壓氣體最佳的通入時間按照如下的公式算出單位催化劑吸附水量的最佳值：

n=P×L×t/（R×T×M），

其中，n是單位催化劑吸附水量的最佳值，單位是μmol/g；P為在盛水容器在水浴加熱器調控的溫度下的水的飽和蒸汽壓，單位是Pa；L為通過盛水容器的高壓氣體的流速，單位是mL/s；t為通過盛水容器的高壓氣體的時間，單位是s；R為摩爾氣體常數；T為水浴加熱器調控的盛水容器的開爾文溫度，單位是K；M是催化劑的質量，單位是g。