[發(fā)明專利]一種氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111175515.1
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113828151A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 吳江;許偉;劉倩雁;王冠奇;王云飛;馬昕霞;李芳芹;高映超;孫寧超;高云飛;朱鳳林
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電力大學
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/62
• 代理公司: 南京禹為知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 朱寶慶

本發(fā)明公開了一種氣?固兩相光催化還原二氧化碳反應器，包括反應器、水蒸氣發(fā)生組件、氣體混合組件和光催化反應組件，其中反應器包括基座、電加熱器和反應器主體，反應器主體為立式塔形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔自下而上可分為水蒸氣發(fā)生區(qū)、氣體混合區(qū)和光催化反應區(qū)；水蒸氣發(fā)生組件包括有液位傳感器和第一溫度傳感器，設置于水蒸氣發(fā)生區(qū)內(nèi)；氣體混合組件設置于氣體混合區(qū)內(nèi)，包括有懸掛架和氣體攪拌器；以及光催化反應組件，包括有兩組催化床，設置于光催化反應區(qū)內(nèi)。本發(fā)明采用透氣催化薄膜作為固體催化劑，具有催化劑分布均勻、與反應物分子接觸均勻的特性，并且采用氣流穿透薄膜的方式進行催化，能夠進一步提高分子吸附效果，進而增強光催化還原的效率；本發(fā)明通過設置氣體攪拌器均勻混合氣體與水蒸氣，加快二氧化碳光催化的反應動力學進程；通過設置抽拉式薄膜固定床，極大的縮減了整個催化系統(tǒng)因更換催化劑而停機的時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光催化異相催化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器。

背景技術(shù)

從19世紀末以來，大氣中二氧化碳的濃度從280ppm增加到400ppm，嚴重影響了氣候的變化。借鑒自然界中植物的光合作用系統(tǒng)，科學家們研究出光催化體系來捕獲大氣中的二氧化碳，并將其還原成燃料儲存起來加以利用。如此，不僅消耗了大氣中過多的二氧化碳，還可以生產(chǎn)太陽能燃料，將太陽能轉(zhuǎn)化成碳氫化合物的化學能儲存起來，從而為解決化石燃料儲量不足等問題提供了新思路。

在傳統(tǒng)的光催化反應系統(tǒng)中，大多采用氣-液-固三相反應容器進行光催化還原二氧化碳，即將制備出的粉體狀催化劑彌散在水溶液中，并將二氧化碳氣體通入溶液中，從而二氧化碳與水在催化劑與光照的條件下進行反應。一般而言，傳統(tǒng)的氣-液-固三相反應系統(tǒng)具有催化劑易回收、反應活性穩(wěn)定優(yōu)點，但也存在光催化反應動力不足、分子擴散能力不足、催化劑活性位點利用率較低的缺點。另外，在傳統(tǒng)氣-液-固三相光催化容器中，由于二氧化碳微溶于水，將會阻礙二氧化碳向催化中心的擴散，從而限制了二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器存在的問題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明目的是提供一種氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器，其目的在于提高光催化還原二氧化碳的效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器，包括反應器、水蒸氣發(fā)生組件、氣體混合組件和光催化反應組件，其中反應器包括基座、電加熱器和反應器主體，所述反應器主體為立式塔形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔自下而上可分為水蒸氣發(fā)生區(qū)、氣體混合區(qū)和光催化反應區(qū)；水蒸氣發(fā)生組件包括有液位傳感器和第一溫度傳感器，設置于所述水蒸氣發(fā)生區(qū)內(nèi)，并與所述反應器主體內(nèi)壁配合連接；氣體混合組件設置于所述氣體混合區(qū)內(nèi)，包括有懸掛架和氣體攪拌器，所述懸掛架與所述反應器主體內(nèi)壁固定連接；以及光催化反應組件，包括有兩組催化床，設置于所述光催化反應區(qū)內(nèi)，兩組所述催化床間隔一定距離，所述催化床包括有薄膜固定床和外密封圈，所述催化床將所述氣體混合區(qū)和光催化反應區(qū)分隔開。

作為本發(fā)明所述氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器的一種優(yōu)選方案，其中：所述電加熱器設置于所述基座上方，并與所述基座配合連接，所述反應器主體設置于所述電加熱器上方。

作為本發(fā)明所述氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器的一種優(yōu)選方案，其中：所述反應器主體一側(cè)外壁自下而上依次開設有液態(tài)水進口管道和二氧化碳氣體進口管道；所述液態(tài)水進口管道與所述水蒸氣發(fā)生區(qū)相連通，所述二氧化碳氣體管道與所述氣體混合區(qū)相連通。

作為本發(fā)明所述氣-固兩相光催化還原二氧化碳反應器的一種優(yōu)選方案，其中：所述液態(tài)水進口管道上設置有液態(tài)水進口閥門，所述二氧化碳氣體進口管道上設置有二氧化碳氣體進口閥門。