[實用新型]一種光催化管式反應器

有效

• 申請號: 201921917644.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN211246511U
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 王新偉;蔡春水;王方亮;崔紅利;張國超;解西寧;王維
• 申請（專利權）人: 北京中教金源科技有限公司
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;B01J8/06;B01J3/04;B01J3/03
• 代理公司: 北京大成律師事務所 11352
• 代理人: 陳福

本實用新型涉及一種光催化管式反應器，其特征在于：包括金屬外筒(7)和石英內筒(15)，金屬外筒(7)與石英內筒(15)為分體結構，金屬外筒(7)套在石英內筒(15)外；金屬外筒(7)左右兩側設有導光筒(9)，導光筒內裝有導光柱(10)，光通過導光柱(10)穿過石英內筒(15)；金屬外筒(7)上、下端分別設有上端口接頭(3?1)和下端口接頭(3?2)；反應氣體和反應液體從上端口接頭(3?1)進入反應器內，反應后從下端口接頭(3?2)流出。本實用新型提供的一種高溫高壓光催化管式反應器，石英為催化劑載體，左右雙向光照，高溫800℃下，長期使用壓力可達10MPa。突破了光催化管式反應器只能做常壓實驗的限制，擴大了光催化領域的研究范圍。

技術領域

本實用新型涉及化學反應裝置領域，特別是一種涉及用于光催化、氣固相催化、二氧化碳還原、光熱催化、光催化合成、光催化降解有機物、催化降解有害氣體(VOCs、NOx、SOx、乙醛、甲醛等)、熱催化、光化學等領域的管式反應器。

背景技術

光化學及光催化氧化法是目前研究較多的一項高級氧化技術。所謂光催化反應，就是在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激產生分子激發態，然后會發生化學反應生成新的物質，或者變成引發熱反應的中間化學產物。光化學反應的活化能來源于光子的能量，在太陽能的利用中光電轉化以及光化學轉化一直是十分活躍的研究領域。

光催化氧化技術利用光激發氧化將O₂、H₂O₂等氧化劑與光輻射相結合。光降解通常是指有機物在光的作用下，逐步氧化成低分子中間產物最終生成CO₂、 H₂O及其他的離子如NO₃^-、PO₄^3-、Cl^-等。有機物的光降解可分為直接光降解、間接光降解。前者是指有機物分子吸收光能后進一步發生的化學反應。后者是周圍環境存在的某些物質吸收光能成激發態，再誘導一系列有機污染的反應。間接光降解對環境中難生物降解的有機污染物更為重要。利用光化學反應降解污染物的途徑，包括無催化劑和有催化劑參與的光化學氧化過程。前者多采用氧和過氧化氫作為氧化劑，在紫外光的照射下使污染物氧化分解；后者又稱光催化氧化，一般可分為均相和非均相催化兩種類型。均相光催化降解中較常見的是以Fe²⁺或Fe³⁺及H₂O₂為介質，通過photo-Fenton反應產生·OH使污染物得到降解，非均相光催化降解中較常見的是在污染體系中投加一定量的光敏半導體材料，同時結合一定量的光輻射，使光敏半導體在光的照射下激發產生電子-空穴對，吸附在半導體上的溶解氧、水分子等與電子-空穴作用，產生·OH等氧化性極強的自由基，再通過與污染物之間的羥基加和、取代、電子轉移等式污染物全部或接近全部礦化。

現在實驗室常用的光化學管式反應器，都是采用高硼硅玻璃或石英玻璃做成的單管反應器，現有單管反應器多為一根石英直管，由于反應器材質的限制，實驗過程中常有因反應器碎裂產生氣體泄露的安全問題；無法承壓決定了石英反應器只能做常壓實驗，無法進行光催化在高壓領域的研究。全金屬反應器雖能滿足高溫高壓的實驗要求，但不透光無法做光催化實驗，同時金屬做為催化劑載體可能會造成催化劑污染或參與催化反應，影響實驗數據。由于這些缺陷極大限制了光催化領域的研究范圍。

石英單管反應器要想裝填催化劑，先要在反應器中心固定好測溫熱偶，再在反應區底部裝填石英砂等惰性物質做支撐，然后再把稱好的催化劑從頂部投放，靠敲打管壁使床層均勻。此反應器催化劑裝填十分麻煩，從高處投放會造成掛壁，催化劑分布不均勻，不好控制，催化劑利用率低；多次實驗重復性差。實驗結束后反應管內殘余物質難行清洗，催化劑殘留易堵塞氣路和污染新催化劑。

與反應器相連的外部管路大都為不銹鋼管路，石英反應器與不銹鋼管路相連要借助復雜的密封結構，安裝和更換極不方便。也因此限制石英反應器的樣式和結構不能隨意更改。同時石英反應器還存在垂直固定不方便的問題。