[發(fā)明專利]氣-液-固三相光催化微小流化床反應(yīng)器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811601241.6
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109589877A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉明言;王曉云
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01J8/24
• 分類號: B01J8/24;B01J19/00;B01J19/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗英

本發(fā)明公開了氣?液?固三相光催化微小流化床反應(yīng)器，氣?液?固三相光催化微小流化床反應(yīng)器，包括石英管和裝在石英管內(nèi)的玻璃珠，在石英管內(nèi)底部安裝有氣?液分布器并且在氣?液分布器的下方的石英管底部設(shè)置有進(jìn)口，進(jìn)口與輸送管道連通，在石英管頂部設(shè)置有溢流堰，在溢流堰上開有液體排出口，液流堰頂部開有氣體排放口，液體排出口通過液體排出管線與密封瓶連通；用來輸送液體的第一微量注射泵的出口通過第一連接管線與輸送管道的液體進(jìn)口連通，用來輸送氣體的第二微量注射泵的出口通過第二連接管線與輸送管道的氣體進(jìn)口連通，在第二連接管線上連接有一個單向截止閥。本裝置提升了反應(yīng)速率、使光照強(qiáng)度比較均勻，衰減小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化技術(shù)、污水處理領(lǐng)域，尤其涉及氣-液-固三相微小流化床反應(yīng)器技術(shù)。

背景技術(shù)

光催化氣-液-固微小流化床反應(yīng)器在化工、能源和環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，但是，國內(nèi)外尚沒有見到相關(guān)的專利報道。與固定床相比，流化床反應(yīng)器顯示出了以下優(yōu)點(diǎn)：混合程度強(qiáng)、傳質(zhì)速率高(Renewable Energy,2014,71:276-285；Chem.Eng.Sci.,2001,56(2):293-303)[21,22]，溫度梯度小(Environ.Chem.Eng.J.,2013,1(3):150-158)[23]，反應(yīng)溫度可控。與宏觀反應(yīng)器相比，微小反應(yīng)體系由于其特征尺寸較小，在化學(xué)合成、反應(yīng)動力學(xué)研究、過程開發(fā)等方面具有巨大的優(yōu)勢(CES,2001,56(2):293-303)^[22]:由于傳質(zhì)距離的減小可實現(xiàn)更高的傳質(zhì)、傳熱效率；更容易實現(xiàn)功能化結(jié)構(gòu)的集成，降低設(shè)備間彼此依賴性。微小反應(yīng)器應(yīng)用于光催化降解有機(jī)污水領(lǐng)域具有以下優(yōu)勢(Cur rent Opinion in Chem.Eng.,2013,2(3):338-345；Photochem.&Photobio.Sci.,2008,7(11):1313-1322)^[28,29]：微小反應(yīng)器的特征尺寸確保了反應(yīng)器內(nèi)輻射分布相對均勻；反應(yīng)時間可控；小型化光源(LED)的應(yīng)用,不僅可以減小反應(yīng)體系尺寸、降低能源消耗，而且由于其熱效應(yīng)不顯著使得反應(yīng)溫度更加均勻、降低冷卻設(shè)備的花費(fèi)。中國專利CN201410415832.X(劉明言等，天津大學(xué)，有金屬離子摻雜的二氧化鈦板式光催化微反應(yīng)器及反應(yīng)器中催化劑薄膜的制備方法)發(fā)明了一種平板式光催化微反應(yīng)器，用于光催化降解有機(jī)污水。進(jìn)一步地，中國專利CN106215827A(劉明言等，天津大學(xué)，光催化液-固微小流化床反應(yīng)器)，發(fā)明了一種了用于光催化降解有機(jī)污染物的液-固微小流化床，探究了Fe³⁺修飾的TiO₂作為光催化劑降解MB的效率并初步考察了微小流化床反應(yīng)器的放大效應(yīng)。中國專利CN106237953A(劉明言等，天津大學(xué)，光催化氣-液微小鼓泡塔反應(yīng)器)發(fā)明了一種氣-液微小鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，在氣-液微小鼓泡塔反應(yīng)器中，新型氣體分布器可實現(xiàn)微小鼓泡塔內(nèi)多重微氣泡分散流的流型。上述反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分別在引入了流化顆粒、分散多種重氣泡之后，反應(yīng)器的傳質(zhì)性能大大提升，但仍然存在處理量過低，達(dá)不到工業(yè)化應(yīng)用的要求。

催化劑在微小流化床反應(yīng)體系中有兩種應(yīng)用形式：自由懸浮于水溶液中、固載于惰性基底表面。對于TiO₂懸浮體系，在微反應(yīng)器中可實現(xiàn)較高的催化劑光照比表面積，但由于經(jīng)處理后的污水在排放之前需要將TiO₂預(yù)先過濾除去，這就需要在泥漿反應(yīng)器后增加一個液固分離器，由于超精細(xì)顆粒分離效率低、設(shè)備費(fèi)用昂貴會使得整個反應(yīng)體系安裝及操作費(fèi)用大大增加。除此之外，由于TiO₂和深色染料對光子輻射的強(qiáng)烈吸收作用使得輻射滲透距離受到限制。因此泥漿反應(yīng)器的上述缺點(diǎn)使得其規(guī)模放大變得十分困難。