[發(fā)明專利]利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110715611.4
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113354062B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳蓉;王德超;廖強;朱恂;葉丁丁;楊揚;王宏
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/30;C02F1/14;C01B3/02
• 代理公司: 重慶市諾興專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50239
• 代理人: 盧玲

本發(fā)明公開了利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)，包括光熱反應(yīng)器和反應(yīng)物供給池；其特征在于：所述光熱反應(yīng)器由若干透明管并列構(gòu)成；所述透明管內(nèi)制備有光熱催化劑陣列；每根透明管的入口均與反應(yīng)物入口連接，每根透明管的出口均與生成物出口連接，透明管的內(nèi)表面設(shè)置有太陽光選擇吸收性涂層，在透明管內(nèi)設(shè)置有絕熱層，絕熱層位于光熱催化劑陣列的下方；反應(yīng)物供給池內(nèi)的廢水在反應(yīng)物供給循環(huán)泵的作用下持續(xù)向透明管內(nèi)供給，入射的太陽光透過透明管和太陽光選擇吸收性涂層被光熱催化劑陣列吸收，光熱催化劑陣列吸收太陽光后發(fā)生光催化反應(yīng)和熱催化反應(yīng)；本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工以及家庭等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制氫及廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，氫能利用技術(shù)(如氫燃料電池汽車)的不斷成熟加大了氫能的需求量，發(fā)展高效清潔的制氫技術(shù)成為世界范圍內(nèi)的共識。目前世界97％的氫氣來源于傳統(tǒng)化石能源高溫裂解產(chǎn)生，其制備過程能耗高且產(chǎn)生大量二氧化碳不利于降低碳排放。利用清潔的太陽能制氫已成為最具前景的未來制氫技術(shù)之一。

目前已被廣泛研究的太陽能制氫技術(shù)有光催化分解水制氫(photocatalyticwater splitting)和熱循化法制氫(solar thermochemical hydrogen productioncycles)技術(shù)。目前光催化分解水制氫技術(shù)的能量利用效率仍低于1％，遠遠低于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的水平。光催化分解水的主要挑戰(zhàn)在于探索能夠被太陽光激發(fā)產(chǎn)生電子空穴且電子空穴能夠快速分離遷移至表面反應(yīng)位點發(fā)生氧化還原反應(yīng)的高效、穩(wěn)定和低成本的光催化劑。除此之外，目前光催化分解水制氫常用的催化劑只能吸收太陽光光譜中的紫外和可見波段，而紅外波段由于光子能量低不能被吸收利用。而熱循化法制氫技術(shù)雖然已達到6％的能量利用效率，但是由于其反應(yīng)溫度通常高于1000℃，需要使用太陽能聚光器和耐高溫高壓的反應(yīng)器設(shè)備，其制氫成本高，預計到2060年才能大規(guī)模應(yīng)用。

專利CN109336051B提出了全光譜太陽能制氫-儲氫一體化系統(tǒng)，但是其實質(zhì)是利用光電轉(zhuǎn)換先將部分太陽光轉(zhuǎn)換為電能，然后電解水制氫；未利用的部分太陽光通過光熱轉(zhuǎn)換部件將其轉(zhuǎn)換為熱能用于后續(xù)的儲氫反應(yīng)。專利CN109987581B和專利CN109985590B提出了一種基于光催化劑自分頻的太陽能光熱耦合制氫裝置，兩份專利中所使用的聚光部件均為線性菲涅爾反射鏡，且其提出的反應(yīng)器形式只適用催化劑懸浮體系，不能應(yīng)用催化劑固定陣列體系，且未對制氫循環(huán)系統(tǒng)進行說明。除此之外，兩份專利中所提出的系統(tǒng)只能用于制氫，并不能應(yīng)用于廢水處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)，包括光熱反應(yīng)器和反應(yīng)物供給池；其特征在于：

所述光熱反應(yīng)器由若干透明管并列構(gòu)成；所述透明管內(nèi)制備有光熱催化劑陣列；每根透明管的入口均與反應(yīng)物入口連接，每根透明管的出口均與生成物出口連接，所述透明管的內(nèi)表面設(shè)置有太陽光選擇吸收性涂層，在透明管內(nèi)設(shè)置有絕熱層，絕熱層位于光熱催化劑陣列的下方；

反應(yīng)物供給池內(nèi)的廢水在反應(yīng)物供給循環(huán)泵的作用下持續(xù)向透明管內(nèi)供給，入射的太陽光透過透明管和太陽光選擇吸收性涂層被光熱催化劑陣列吸收，光熱催化劑陣列吸收太陽光后發(fā)生光催化反應(yīng)和熱催化反應(yīng)，并產(chǎn)生氫氣，同時將廢水中含有的有毒物質(zhì)氧化成無毒的物質(zhì)，反應(yīng)之后的產(chǎn)物通過氣液混合物循環(huán)泵回到反應(yīng)物供給池中，氣相產(chǎn)物和液相產(chǎn)物在反應(yīng)物供給池中被分離，氣相產(chǎn)物通過管路排出進入后續(xù)利用環(huán)節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明所述的利用全光譜太陽能進行光熱協(xié)同制氫及廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述廢水為有機廢水，或者加入了有機物成分作為稀釋劑的廢水，所述的稀釋劑為醇類，酸類，胺類，糖類，纖維素或半纖維素，染料大分子，亞硫酸鹽。