[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于高聚光點(diǎn)光源的光熱耦合微流道制氫反應(yīng)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910817679.6
• 申請(qǐng)日: 2019-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110467152B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 敬登偉;曾子龍;耿嘉峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B3/04
• 分類(lèi)號(hào): C01B3/04
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高聚光點(diǎn)光源的光熱耦合微流道制氫反應(yīng)裝置，包括高聚光點(diǎn)光源等，工作時(shí)，高聚光點(diǎn)光源的方向垂直向下；催化劑放置臺(tái)放在反應(yīng)腔室底部的正中心與高聚光點(diǎn)光源的光路對(duì)齊；催化劑放置在催化劑放置臺(tái)上，反應(yīng)腔室內(nèi)部加入反應(yīng)物，反應(yīng)前先使用惰性氣體經(jīng)氣體吹掃流道對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行吹掃，再通過(guò)高聚光點(diǎn)光源將不同波段的光聚焦道光熱催化劑表面，反應(yīng)后產(chǎn)物通過(guò)產(chǎn)物取樣口收集并檢測(cè)。本發(fā)明的反應(yīng)裝置體積小，各流道尺寸小，便于點(diǎn)光源將光聚集到催化劑載體上，能流密度大大提升，同時(shí)強(qiáng)光的聚集會(huì)攜帶熱量，實(shí)現(xiàn)光熱耦合反應(yīng)制氫的目的。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定，傳熱效果好等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于高聚光點(diǎn)光源的光熱耦合微流道制氫反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)

近年來(lái)全球消耗利用仍然以媒、石油、天然氣等傳統(tǒng)的化石能源為主，由于這些能源形式本身的不可再生性，以及使用后會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄污染物，造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞，基于此全世界很多國(guó)家包括美國(guó)、日本、韓國(guó)等已積極著手挖掘太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮堋淠艿惹鍧嵞茉慈ヌ娲鷤鹘y(tǒng)的化石能源。近年中國(guó)政府也采取了大量的措施來(lái)推動(dòng)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，然而我國(guó)的氫能源產(chǎn)業(yè)仍然沒(méi)有很完整的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對(duì)于氫能源的制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用等都存在或多或少的“卡脖子”技術(shù)沒(méi)有解決。因此，對(duì)于氫能源相關(guān)技術(shù)的研究是十分緊迫而且必要的。太陽(yáng)能光熱耦合制氫技術(shù)是一種高效、清潔、無(wú)污染的制氫手段，同時(shí)是對(duì)取之不盡，用之不竭的太陽(yáng)能的一種有效地利用方式。該技術(shù)能夠有效地緩解對(duì)于氫能源制備這一模塊的壓力。

光熱耦合制氫技術(shù)實(shí)際上就是集光能和熱能于一體，是對(duì)傳統(tǒng)光催化技術(shù)的延伸拓展，其基本的原理是通過(guò)光激發(fā)半導(dǎo)體材料產(chǎn)生電子和空穴對(duì)，繼而遷移與反應(yīng)物的接觸面發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣，熱能的加入能夠加速載流子的遷移速率和化學(xué)反應(yīng)的速率，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能光源的合理利用，合理匹配太陽(yáng)能中的能流比例來(lái)得到更高的制氫效率。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)高校研究所的主要研究主要仍放在催化劑材料結(jié)構(gòu)本身或者對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，然而，對(duì)于光熱耦合反應(yīng)制氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)構(gòu)造研究較為稀少，導(dǎo)致在太陽(yáng)能中能量的匹配優(yōu)化技術(shù)上存在瓶頸。因此需要設(shè)計(jì)一種新型的太陽(yáng)能光熱耦合分解水制氫裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于高聚光點(diǎn)光源的光熱耦合微流道制氫反應(yīng)裝置，利用此裝置可以對(duì)一系列半導(dǎo)體催化劑進(jìn)行在強(qiáng)光下的光熱耦合制氫展開(kāi)研究。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于高聚光點(diǎn)光源的光熱耦合微流道制氫反應(yīng)裝置，包括高聚光點(diǎn)光源、氣體吹掃流道、固定流道基座、催化劑放置臺(tái)以及光熱反應(yīng)器；其中，

該光熱反應(yīng)器具有中空的反應(yīng)腔室，其頂部設(shè)置有高透光石英窗，側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有產(chǎn)物取樣口；氣體吹掃流道通過(guò)固定流道基座固定在光熱反應(yīng)器的底部，并引入至反應(yīng)腔室內(nèi)；

工作時(shí)，高聚光點(diǎn)光源的方向垂直向下，位于光熱反應(yīng)器正中央；催化劑放置臺(tái)放在反應(yīng)腔室底部的正中心與高聚光點(diǎn)光源的光路對(duì)齊；光熱催化劑放置在催化劑放置臺(tái)上，反應(yīng)腔室內(nèi)部加入光熱反應(yīng)的反應(yīng)物，先使用惰性氣體經(jīng)氣體吹掃流道對(duì)反應(yīng)腔室進(jìn)行吹掃，排除腔室及反應(yīng)物里面的氧氣，繼而通過(guò)高聚光點(diǎn)光源將不同波段的光聚焦道光熱催化劑表面發(fā)生光熱反應(yīng)，產(chǎn)物通過(guò)產(chǎn)物取樣口收集并檢測(cè)。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，光熱反應(yīng)器的反應(yīng)腔室由自上而下設(shè)置的反應(yīng)器上封蓋和反應(yīng)器底封蓋，以及設(shè)置在反應(yīng)器上封蓋和反應(yīng)器底封蓋之間的光熱反應(yīng)器側(cè)壁構(gòu)成，高透光石英窗位于反應(yīng)器上封蓋與光熱反應(yīng)器側(cè)壁之間。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，反應(yīng)器上封蓋和反應(yīng)器底封蓋的周向上均開(kāi)設(shè)在有螺栓孔，并通過(guò)穿過(guò)螺栓孔的固定螺栓連接在一起。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，透明圓蓋與光熱反應(yīng)器側(cè)壁之間還設(shè)置有硅膠平墊圈。