[發明專利]一種一體化聚光太陽能光熱協同催化反應裝置

有效

• 申請號: 202110021653.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112833569B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 孫杰;張振文;李東輝;馬榮
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24S23/30
• 分類號: F24S23/30;F24S23/74;F24S70/225
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種一體化聚光太陽能光熱協同催化反應裝置，包括聚光器與反應器，聚光器位于反應器上方，反應器內部設置輸運?汽化腔和反應?分離腔，輸運?汽化腔和反應?分離腔通過隔板隔開但頂部保持聯通，輸運?汽化腔內部由上至下依次布置光熱轉化膜、多孔輸運介質；反應?分離腔內部由上至下依次布置為光熱協同催化膜、多孔吸附介質；輸運?汽化腔和反應?分離腔外側設置有夾層殼體，夾層殼體為無頂結構，輸運?汽化腔和反應?分離腔頂部設置有透明蓋板，夾層殼體包含換熱介質入口及換熱介質出口、液相反應物入口、氣相生成物出口。本發明能夠利用聚光太陽能直接汽化液相反應物并驅動光熱協同反應，并同步實現液相反應物自輸運與氣相生成物分離提純。

技術領域

本發明涉及太陽能利用技術領域，特別涉及一種一體化聚光太陽能光熱協同催化反應裝置。

背景技術

太陽能資源儲量豐富、綠色清潔、品位較高，是最有潛力的可再生能源之一。然而，由于太陽能具有能量密度低、空間分布不均、時間分布不均等特點，難以被直接高效利用。因此，開發合適的儲存和轉化太陽能的先進技術是解決太陽能利用難這一問題的關鍵。近年來，研究者發現將太陽能轉化為化學能能夠跨時間和空間高效存儲和轉化太陽能。然而，目前的光反應器往往需要外部能量對反應物進行預處理(如汽化、預熱)、驅動反應發生、產物擴散(如攪拌，泵功)，因此能耗較高，太陽能利用率較低。同時，催化劑的吸光范圍與太陽光光譜(200-2500nm)不匹配，只能單一出現光響應或者熱響應，造成太陽能利用效率低，反應產率低等問題。除此之外，相關配套設備的存在，使得反應器整體集成度不高，增添了土地成本、生產成本和使用成本。因此，開發太陽能利用率高，反應產率高，能耗低，集成化高的光反應器是解決太陽能利用的有效途徑之一。

發明內容

為了克服以上技術問題，本發明的目的在于提供一種一體化聚光太陽能光熱協同催化反應裝置，以解決太陽能驅動化學反應系統中的高效利用太陽能問題以及系統結構復雜性問題，該裝置能夠利用聚光太陽能直接汽化液相反應物并驅動光熱協同反應，并同步實現液相反應物自輸運與氣相生成物分離提純。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種一體化聚光太陽能光熱協同催化反應裝置，包括聚光器1與反應器2，聚光器1位于反應器2上方，所述反應器2內部設置輸運-汽化腔3和反應-分離腔4，所述輸運-汽化腔3和反應-分離腔4通過隔板5隔開但頂部保持聯通，所述輸運-汽化腔3內部由上至下依次布置光熱轉化膜12、多孔輸運介質13；反應-分離腔4內部由上至下依次布置為光熱協同催化膜14、多孔吸附介質15；

所述輸運-汽化腔3和反應-分離腔4外側設置有夾層殼體8，夾層殼體8為無頂結構，所述輸運-汽化腔3和反應-分離腔4頂部設置有透明蓋板6，所述夾層殼體8包含換熱介質入口9及換熱介質出口16、液相反應物入口10、氣相生成物出口17。

所述透明蓋板6和夾層殼體8之間設置密封圈7。

所述聚光器1與反應器2之間具有空間匹配關系，用于使聚光光斑完全覆蓋光熱轉化膜12和光熱協同催化膜14，以驅動汽化與反應。

所述多孔輸運介質13利用毛細效應自驅動向光熱轉化膜12供液，并具有隔熱性能，以減少光熱轉化膜12熱損耗。

所述光熱轉化膜12的光熱轉化效率在90％以上，用于將液相反應物高效汽化。

所述光熱協同催化膜14為負載催化劑的多孔材料，所述光熱協同催化膜14由負載有等離激元金屬的光熱協同催化劑18及基體材料19構成，對太陽光進行全光譜吸收，利用太陽光轉化的熱-光電子-熱電子對氣相反應物進行光熱協同催化反應，以實現高效催化轉化。

所述多孔吸附介質15為納米級選擇性吸附材料，位于光熱協同催化膜14下方，以實現對目標產物的高效分離及純化。