CN108744966A - 一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二氧化碳捕集‑光催化耦合反应装置，包括结构相同的两个反应器，为两个反应器提供废气的气体储罐，与两个反应器均连接的气体分离器，两个反应器内均排布有多个光催化剂板，相邻的光催化剂板间布设有光导纤维，光导纤维从反应器中伸出与光源导入器连接，光催化剂板均为表面包覆光催化剂的活性炭板，反应器均与气体储罐之间设有气体流量计，反应器均与水蒸气发生器、真空泵、冷却器相连，冷却器与气体分离器间设有第一压缩机和第一储罐，气体分离器的出口处设有第二压缩机和第二储罐；本发明还公开了该装置的使用方法。本发明装置中的光催化剂板吸附CO2后原位进行光催化，提高了光催化的速率；本发明装置的使用方法简单易控。

Description

一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置及其使用方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，具体涉及一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置及其使用方法。
背景技术
化石燃料燃烧产生的是导致温室效应的主要原因，其排放量已被人们大力控制。但是我国以煤炭作为主体能源的地位在今后相当长的一个时期内是不会发生改变的，CO2的排放量仍较为巨大，因此CO2的捕集成为了目前最有效的CO2减排方法。
目前，光催化转换是最有前景的CO2综合利用技术。然而现有的CO2光催化转换技术当中，普遍是先将CO2进行捕集，然后用催化剂将其催化转化，过程中需要使用大量的工艺设备，同时捕集后CO2解吸又会导致能耗增加。
近年来关于CO2捕集和光催化方面的研究被大量报道。南化集团研究院的毛松柏等在专利CN 107866137A中提出了一种烟气中二氧化碳的捕集方法，该方法采用非疏水性陶瓷膜吸收组件吸收烟气中的二氧化碳，原料气中的二氧化碳通过非疏水性陶瓷膜，进入吸收液中，富二氧化碳的吸收液经再生塔再生后返回非疏水性陶瓷膜吸收组件，进行下一轮二氧化碳的捕集。上海龙净环保科技工程有限公司高继贤等在专利CN 104128072A 中提出了一种二氧化碳捕集变压吸附塔装置，将多个矩形二氧化碳气体吸附通道组合成折流式固定床吸附塔，用于对烟道气中二氧化碳的吸附，然后通过均压、降压实现二氧化碳的解吸。这两种方法均可实现二氧化碳的有效捕集和解吸，但无法同时实现光催化，如果将二氧化碳进行光催化，还需要专门的设备。太原理工大学的赵志换等在专利CN101138700A中提出了一种三相超声光催化反应装置及其还原CO2的方法，该装置将装有光催化剂的光反应器置于超声波发生器的水浴中，并将光源布设在光反应器的上方，CO2气体在光反应器中与光催化剂及氢氧化钠水溶液在超声波作用下混合均匀，并在光源照射下还原CO2，从而完成CO2的光催化还原。中国计量大学许凌亮等在专利CN 206965720U中提出了一种光催化二氧化碳还原反应器，将催化剂放于圆柱形反应器底部的石英架上，同时底部加入低于石英架的蒸馏水，水蒸气的量通过反应器下面的搅拌器进行控制，光从反应器顶部射入，反应器的两侧分别开孔用于二氧化碳的进出，反应器的密封盖中层流经热的空气，以防止水蒸气凝结密封盖上而降低光催化效率。这两种方法均实现了对CO2的光催化还原，但对CO2的捕集未进行说明。
上述方法存在以下不足之处：(1)二氧化碳的捕集与光催化分开进行，造成了工艺流程的繁琐，提高了生产成本；同时捕集后二氧化碳的储存也进一步造成生产成本的增加；(2)二氧化碳必须经过捕集工艺中的吸附-脱附过程进行收集，然后对收集得到的二氧化碳进行光催化转化，而二氧化碳的光催化转化过程中二氧化碳必须吸附在催化位点的周围，因此不仅过程中二氧化碳的脱附造成了能源的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置。该装置中的光催化剂板为表面包覆有光催化剂的活性炭板，利用光催化剂板中的活性炭板吸附CO2，然后在光源条件下引发催化剂板表面包覆的光催化剂对吸附在催化剂板的活性炭中的CO2进行光催化还原反应，从而使CO2的捕集与光催化在同一反应器中同时进行，捕集后CO2无需解吸和储存，大大缩短了工艺流程，降低了生产和设备成本，提高了光催化还原反应的速率，减少了CO2脱附造成的能量浪费。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，包括结构相同的第一反应器和第二反应器，为第一反应器和第二反应器提供含CO2的废气的气体储罐，以及与第一反应器和第二反应器的出口管道均连接的气体分离器，所述第一反应器内沿竖直方向平行排布有多个第一光催化剂板，相邻的所述第一光催化剂板之间均匀布设有第一光导纤维，所述第一光导纤维从第一反应器中伸出并与第一光源导入器连接固定，所述第二反应器内沿竖直方向平行排布有多个第二光催化剂板，相邻的所述第二光催化剂板之间均匀布设有第二光导纤维，所述第二光导纤维从第二反应器中伸出并与第二光源导入器连接固定，所述第一光催化剂板和第二光催化剂板的结构相同，均由表面包覆光催化剂的活性炭板组成，所述第一反应器和第二反应器的入口管道与气体储罐之间设置有气体流量计，所述气体储罐与气体流量计之间设置有第一阀门，所述气体流量计与第一反应器之间设置有第三阀门，所述气体流量计与第二反应器之间设置有第五阀门，所述第一反应器和第二反应器的入口均通过管道与水蒸气发生器相连，所述第一反应器与水蒸气发生器之间设置有第二阀门，所述第二反应器与水蒸气发生器之间设置有第四阀门，所述第一反应器和第二反应器的出口管道均与真空泵连接，所述第一反应器与真空泵之间设置有第六阀门，所述第二反应器与真空泵之间设置有第七阀门，所述第一反应器和第二反应器的出口均通过管道与冷却器相连，所述冷却器与气体分离器之间依次设置有第一压缩机和第一储罐，所述气体分离器的出口处依次设置有第二压缩机和第二储罐。
上述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，所述第一光催化剂板和第二光催化剂板均相对水平面均呈倾斜设置，所述第一光催化剂板和第二光催化剂板的末端分别与第一排水管和第二排水管连通，所述第一排水管和第二排水管分别伸出第一反应器和第二反应器且均与废水储罐连接，所述第一排水管与废水储罐之间依次设置有第一液位计和第八阀门，所述第二排水管与废水储罐之间依次设置有第二液位计、第九阀门和第十阀门。
上述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，所述气体分离器的另一出口处依次设置有第三压缩机和第三储罐。
上述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，第一光导纤维和第二光导纤维均为通体发光光纤。
另外，本发明还提供了一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括以下步骤：
步骤一、将多个第一光催化剂板和多个第二光催化剂板分别装入第一反应器和第二反应器中；
步骤二、通过真空泵对第一反应器和第二反应器进行抽真空，然后将气体储罐中含CO2的废气通入第一反应器中，待第一光催化剂板对CO2吸附饱和后，将含CO2的废气通入第二反应器中，使第二光催化剂板吸附捕集CO2，再打开第一光源导入器，使光通过第一光导纤维照射在第一光催化剂板的表面，并同时打开水蒸气发生器使其产生的水蒸气通入到第一反应器中，使吸附在第一光催化剂板上的CO2进行光催化还原反应；所述第一光催化剂板上的CO2进行光催化还原反应的过程中，观察第一液位计并通过第一排水管将第一反应器中多余的水排入废水储罐中；
步骤三、当步骤二中所述第二光催化剂板对CO2吸附饱和后，打开第二光源导入器使光通过第二光导纤维照射在第二催化剂板的表面，同时将水蒸气发生器产生的水蒸气通入到第二反应器中，使吸附在第二光催化剂板上的CO2进行光催化还原反应；观察第二液位计并通过第二排水管将第二反应器中多余的水排入废水储罐中；
步骤四、重复步骤二和步骤三中的工艺，使第一反应器中的第一光催化剂板上和第二反应器中的第二光催化剂板上持续进行CO2的吸附捕集和光催化还原反应，然后将第一反应器和第二反应器中产生的含CO2光催化还原反应产物的气体送入冷却器中进行降温，并在第一压缩机的作用下进入第一储罐中，再进入气体分离器中进行分离，得到的CO2光催化还原反应产物气体在第二压缩机的作用下进入第二储罐储存，得到的CO2在第三压缩机的作用下进入第三储罐储存。
上述的使用方法，其特征在于，步骤一中所述第一光催化剂板和第二光催化剂板的制备过程均为：将活性炭板浸入光催化剂浆液中使两者充分接触，待活性炭板的正反两面全部包覆有光催化剂浆液后，将其取出干燥。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置将CO2捕集和光催化过程耦合在同一反应器中，首先用泵对反应器抽真空，使含CO2的气体进入反应器中，利用反应器中的光催化剂板上的活性炭吸附CO2，然后利用光源导入器将光通过光导纤维照射到光催化剂板表面上，从而引发催化剂板表面包覆的光催化剂对吸附在催化剂板的活性炭中的CO2进行光催化还原反应，由于CO2的捕集与光催化在同一反应器中进行，捕集后的CO2无需解吸和储存，大大缩短了工艺流程，降低了生产和设备成本，而CO2的光催化还原反应过程中CO2和光催化剂同时存在于光催化剂板上，CO2围绕在催化位点的周围直接进行光催化转化，从而无需对CO2进行脱附再使其吸附在催化剂的催化位点，提高了光催化还原反应的速率，减少了 CO2脱附造成的能量浪费。
2、本发明的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置中设置了两个结构完全相同的第一反应器和第二反应器，当第一反应器或第二反应器进行CO2光催化还原反应时，同时打开另外一个反应器对CO2进行捕集并将光源导入另外一个反应器进行CO2光催化还原反应，从而使两个反应器不间断的分别进行CO2捕集和CO2光催化还原反应，从而实现了该装置的连续工作，避免了装置的闲置，提高了装置的工作效率。
3、本发明的第一反应器和第二反应器中产生的含CO2光催化还原反应产物的气体经降温后进入气体分离器中，分别得到CO2光催化还原反应产物气体和未反应的CO2，将CO2光催化还原反应产物气体送入第二储罐储存，将未反应的CO2送入第三储罐储存后出售或重新利用，从而实现了 CO2的循环利用，减少了浪费。
4、本发明将第一光导纤维和第二光导纤维分别均匀布设在相邻的第一光催化剂板之间和相邻的第二光催化剂板之间，然后利用第一光源导入器和第一光源导入器将光分别通过第一光导纤维和第二光导纤维照射到第一光催化剂板和第二光催化剂板的表面上，扩大了光照面积，从而催化更多的光催化剂对CO2进行光催化还原反应，大大提高了CO2光催化还原的效率。
5、本发明的第一光催化剂板和第二光催化剂板的主体结构均由活性炭板组成，由于活性炭板具有疏松多孔的结构，其表面积较大，对CO2具有很强的吸附能力，由于活性炭板上包覆有光催化剂，从而使CO2和光催化剂充分接触进行光催化还原反应，实现了CO2吸附与光催化转化一体化，方法简单，适用的光催化剂的范围较广，并且当第一光催化剂板和第二光催化剂板对CO2的吸附能力下降或是光催化剂的催化性能下降时，可对活性炭颗粒进行再生，从而保证第一光催化剂板和第二光催化剂板的吸附能力以及光催化剂的催化性能，使第一光催化剂板和第二光催化剂板得到循环使用，进一步降低了生产成本。
6、本发明的水蒸气发生器通过管道分别与第一反应器、第二反应器连接，为CO2的光催化还原反应提供还原剂水，同时分别在第一反应器和第二反应器的底部设置第一排水管和第二排水管用于排出过多的水，从而避免了水吸附在第一光催化剂板和第二光催化剂板的活性炭板上影响其对CO2的捕集能力，提高了CO2的捕集效率。
7、本发明装置的使用方法简单，过程容易控制，将CO2吸附与光催化两个过程有效地结合，使得整个捕集和光催化的流程得到了有效的简化，具有节能、维护成本低等优点。
8、本发明通过对CO2的光催化水还原使CO2转化清洁能源或化工原料，减少了其排放对环境的影响，在环境保护方面具有积极的作用。
下面通过附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置的结构示意图。
图2为本发明的第一反应器和第二反应器的结构示意图。
图3为本发明的第一光催化剂板和第二光催化剂板的结构示意图。
附图标记说明
1—气体储罐； 2—气体流量计； 3—水蒸气发生器；
4—第一反应器； 4-1—第一光源导入器； 4-2—第一光催化剂板；
4-3—第一光导纤维； 4-4—第一排水管； 5—第二反应器；
5-1—第二光源导入器； 5-2—第二光催化剂板； 5-3—第二光导纤维；
5-4—第二排水管； 6—真空泵； 7—冷却器；
8—废水储罐； 9—第一压缩机； 10—第二压缩机；
11—第一储罐； 12—气体分离器； 13—第二储罐；
14—第三压缩机； 15—第三储罐； 16—第一阀门；
17—第二阀门； 18—第三阀门； 19—第四阀门；
20—第五阀门； 21—第六阀门； 22—第七阀门；
23—第一液位计； 24—第二液位计； 25—第八阀门；
26—第九阀门； 27—第十阀门； 28—光催化剂；
29—活性炭板。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2和图3所示，本实施例的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置包括结构相同的第一反应器4和第二反应器5，为第一反应器4和第二反应器5提供含CO2的废气的气体储罐1，以及与第一反应器4和第二反应器5的出口管道均连接的气体分离器12，所述第一反应器4内沿竖直方向平行排布有多个第一光催化剂板4-2，相邻的所述第一光催化剂板4-2 之间均匀布设有第一光导纤维4-3，所述第一光导纤维4-3从第一反应器4 中伸出并与第一光源导入器4-1连接固定，所述第二反应器5内沿竖直方向平行排布有多个第二光催化剂板5-2，相邻的所述第二光催化剂板5-2 之间均匀布设有第二光导纤维5-3，所述第二光导纤维5-3从第二反应器5 中伸出并与第二光源导入器5-1连接固定，所述第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的结构相同，均由表面包覆光催化剂28的活性炭板29 组成，所述第一反应器4和第二反应器5的入口管道与气体储罐1之间设置有气体流量计2，所述气体储罐1与气体流量计2之间设置有第一阀门 16，所述气体流量计2与第一反应器4之间设置有第三阀门18，所述气体流量计2与第二反应器5之间设置有第五阀门20，所述第一反应器4和第二反应器5的入口均通过管道与水蒸气发生器3相连，所述第一反应器4 与水蒸气发生器3之间设置有第二阀门17，所述第二反应器5与水蒸气发生器3之间设置有第四阀门19，所述第一反应器4和第二反应器5的出口管道均与真空泵6连接，所述第一反应器4与真空泵6之间设置有第六阀门21，所述第二反应器5与真空泵6之间设置有第七阀门22，所述第一反应器4和第二反应器5的出口均通过管道与冷却器7相连，所述冷却器 7与气体分离器12之间依次设置有第一压缩机9和第一储罐11，所述气体分离器12的出口处依次设置有第二压缩机10和第二储罐13。
本实施例的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置包括结构相同的第一反应器4和第二反应器5，为第一反应器4和第二反应器5提供含CO2的废气的气体储罐1，以及与第一反应器4和第二反应器5的出口管道均连接的气体分离器12，所述第一反应器4内沿竖直方向平行排布有多个第一光催化剂板4-2，相邻的所述第一光催化剂板4-2之间均匀布设有第一光导纤维4-3，所述第一光导纤维4-3从第一反应器4中伸出并与第一光源导入器4-1连接固定，所述第二反应器5内沿竖直方向平行排布有多个第二光催化剂板5-2，相邻的所述第二光催化剂板5-2之间均匀布设有第二光导纤维5-3，所述第二光导纤维5-3从第二反应器5中伸出并与第二光源导入器5-1连接固定，所述第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2 的结构相同，均由表面包覆光催化剂28的活性炭板29组成，由于第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的结构中的活性炭疏松多孔且表面积较大，对CO2具有较强的捕集吸附作用，且活性炭板29的表面均包覆有光催化剂28，光可分别通过第一光导纤维4-3和第二光导纤维5-3照射到第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的表面，因此使CO2和光催化剂充分接触，CO2的捕集与光催化还原反应在同一反应器中进行，捕集后的CO2无需解吸和储存，大大缩短了工艺流程，降低了生产和设备成本，而CO2的光催化还原反应过程中CO2和光催化剂同时存在于第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2上，CO2围绕在催化位点的周围直接进行光催化转化，从而无需对CO2进行脱附再使其吸附在催化剂的催化位点，提高了光催化还原反应的速率，减少了CO2脱附造成的能量浪费，并且当第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2对CO2的吸附能力下降或是光催化剂的催化性能下降时，可对活性炭板29进行再生，从而保证第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的吸附能力和光催化剂的催化性能，使第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2得到循环使用，进一步降低了生产成本；第一反应器4内沿竖直方向平行排布有多个第一光催化剂板 4-2，第二反应器5内沿竖直方向平行排布有多个第二光催化剂板5-2，按照该方式可排布更多数量的第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2，增加了对CO2的捕集面积以及包覆的光催化剂的量，提高了CO2的光催化还原反应的效率；相邻的所述第一光催化剂板4-2之间均匀布设有第一光导纤维4-3，所述第一光导纤维4-3从第一反应器4中伸出并与第一光源导入器4-1连接固定，相邻的所述第二光催化剂板5-2之间均匀布设有第二光导纤维5-3，所述第二光导纤维5-3从第二反应器5中伸出并与第二光源导入器5-1连接固定，利用第一光源导入器4-1和第二光源导入器5-1 分别将光通过第一光导纤维4-3和第二光导纤维5-3照射到第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的表面，从而进行CO2的光催化还原反应，从而无需将到第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2直接暴露在光源下，缩小了装置的占地面积，且灵活方便，另外，由于相邻的所述第一光催化剂板4-2之间均匀布设有第一光导纤维4-3，相邻的所述第二光催化剂板5-2之间均匀布设有第二光导纤维5-3，照射在第一光催化剂板4-2 和第二光催化剂板5-2上的光的强度可控，因此可以通过调节光的强度控制CO2的光催化还原反应的程度，有利于CO2的光催化还原反应的量化，还可以根据CO2的光催化还原反应的进程调节光的强度，从而节约光能，避免浪费；所述第一反应器4和第二反应器5的入口管道与气体储罐1之间设置有气体流量计2，所述气体储罐1与气体流量计2之间设置有第一阀门16，所述气体流量计2与第一反应器4之间设置有第三阀门18，所述气体流量计2与第二反应器5之间设置有第五阀门20，通过气体流量计 2控制气体储罐1中的含CO2的气体通入第一反应器4和第二反应器5中的流量，控制多个第一光催化剂板4-2和多个第二光催化剂板5-2对CO2的吸附饱和，避免了CO2的浪费；所述第一反应器4和第二反应器5的入口均通过管道与水蒸气发生器3相连，所述第一反应器4与水蒸气发生器 3之间设置有第二阀门17，所述第二反应器5与水蒸气发生器3之间设置有第四阀门19，水蒸气发生器3为第一反应器4和第二反应器5中的CO2的光催化还原反应提供了还原剂水；所述第一反应器4和第二反应器5的出口管道均与真空泵6连接，所述第一反应器4与真空泵6之间设置有第六阀门21，所述第二反应器5与真空泵6之间设置有第七阀门22，采用真空泵6对第一反应器4和第二反应器5进行抽真空，方便了气体储罐1 中含CO2的气体通入第一反应器4和第二反应器5中进行CO2不及吸附和光催化还原反应；所述第一反应器4和第二反应器5的出口均通过管道与冷却器7相连，所述冷却器7与气体分离器12之间依次设置有第一压缩机9和第一储罐11，第一反应器4和第二反应器5中产生的含CO2光催化还原反应产物的气体经降温后在第一压缩机9的作用下收集储存于第一储罐11中等待进一步的分离处理；所述气体分离器12的出口处依次设置有第二压缩机10和第二储罐13，降温后的含CO2光催化还原反应产物的气体进入气体分离器12中后经分离得到CO2光催化还原反应产物气体，然后在第二压缩机10的作用下送入第二储罐13中储存；本发明设置了两个结构完全相同的第一反应器4和第二反应器5，当第一反应器4或第二反应器5进行CO2光催化还原反应时，同时打开另外一个反应器对CO2进行捕集并将光源导入另外一个反应器进行CO2光催化还原反应，从而使两个反应器不间断的分别进行CO2捕集和CO2光催化还原反应，从而实现了该装置的连续工作，避免了装置的闲置，提高了装置的工作效率。
本实施例的第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2均相对水平面均呈倾斜设置，所述第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2的末端分别与第一排水管4-4和第二排水管5-4连通，所述第一排水管4-4和第二排水管5-4分别伸出第一反应器4和第二反应器5且均与废水储罐8连接，所述第一排水管4-4与废水储罐8之间依次设置有第一液位计23和第八阀门25，所述第二排水管5-4与废水储罐8之间依次设置有第二液位计24、第九阀门26和第十阀门27。水蒸气发生器3送入第一反应器4和第二反应器5中过多的水分别沿着相对水平面均呈倾斜设置的第一催化剂板4-2 和第二催化剂板5-2进入第一排水管4-4和第二排水管5-4中，通过观察第一液位计23和第二液位计24，调节水的排放，最后流入废水储罐8中，进一步避免了水吸附在第一催化剂板4-2和第二催化剂板5-2的活性炭板中影响其对CO2的捕集能力，提高了CO2的捕集效率。
本实施例的气体分离器12的另一出口处依次设置有第三压缩机14和第三储罐15。降温后的含CO2光催化还原反应产物的气体进入气体分离器12中后经分离还得到了未被光催化还原的CO2，将未被光催化还原的 CO2送入第三储罐储存后出售或重新利用，从而实现了CO2的循环利用，减少了浪费。
本实施例的第一光导纤维4-3和第二光导纤维5-3均为通体发光光纤。光从通体发光光纤的头部进入，从侧面和尾部导出，光照射的面积更大，从而增加了第一催化剂板4-2和第一催化剂板5-2的光照射面积，进一步提高了CO2的光催化还原反应的效率。
实施例2
本实施例的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置的使用方法包括以下步骤：
步骤一、将活性炭板29浸入光催化剂28的浆液中使两者充分接触，待活性炭板29的正反两面全部包覆有光催化剂28的浆液后，将其取出干燥，得到第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2，然后将多个第一光催化剂板4-2和多个第二光催化剂板5-2分别装入第一反应器4和第二反应器5中；
步骤二、打开真空泵6并打开第六阀门21和第七阀门22，对第一反应器4和第二反应器5进行抽真空，抽真空结束后关闭真空泵6、第六阀门21和第七阀门22，然后打开第三阀门18使气体储罐1中含CO2的废气通入第一反应器4中，待气体流量计2的示数不发生变化时表明多个第一光催化剂板4-2对CO2吸附饱和，关闭第三阀门18并打开第五阀门20，使气体储罐1中含CO2的废气通入第二反应器5中，多个第二光催化剂板 5-2开始捕集吸附CO2，此时再打开第一光源导入器4-1，使光通过第一光导纤维4-3照射在第一光催化剂板4-2的表面，并同时打开水蒸气发生器 3和第二阀门17，使其产生的水蒸气通入到第一反应器4中，使吸附在第一光催化剂板4-2上的CO2进行光催化还原反应；所述第一光催化剂板4-2 上的CO2进行光催化还原反应的过程中，观察第一液位计23并打开第八阀门23和第十阀门27，通过第一排水管4-4将第一反应器4中多余的水排入废水储罐8中；
步骤三、当步骤二中所述第二光催化剂板5-2对CO2吸附饱和后，打开第二光源导入器5-1使光通过第二光导纤维5-3照射在第二催化剂板5-2 的表面，同时打开水蒸气发生器3和第四阀门19，使其产生的水蒸气通入到第二反应器5中，使吸附在第二光催化剂板5-2上的CO2进行光催化还原反应；所述第二光催化剂板5-2上的CO2进行光催化还原反应的过程中，观察第二液位计24并打开第九阀门26和第十阀门27，通过第二排水管 5-4将第二反应器5中多余的水排入废水储罐8中；
步骤四、重复步骤二和步骤三中的工艺，使第一反应器4中的第一光催化剂板4-2上和第二反应器5中的第二光催化剂板5-2上持续进行CO2的吸附捕集和光催化还原反应，然后将第一反应器4和第二反应器5中产生的含CO2光催化还原反应产物的气体送入冷却器7中进行降温，并在第一压缩机9的作用下进入第一储罐11中，再进入气体分离器12中进行分离，得到的含CO2光催化还原反应产物的气体在第二压缩机10的作用下进入第二储罐13储存，得到的CO2在第三压缩机14的作用下进入第三储罐15储存。
由于反应12h后光催化剂的活性开始降低，因此以每个反应器反应 12h为一个周期，更换第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2，然后将使用过的第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2依次进行冲洗和干燥得到活性炭板，然后重新将活性炭板浸入光催化剂28的浆液中使两者充分接触，待活性炭板29的正反两面全部包覆有光催化剂28的浆液后，将其取出干燥，得到再生后的第一光催化剂板4-2和第二光催化剂板5-2。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，包括结构相同的第一反应器(4)和第二反应器(5)，为第一反应器(4)和第二反应器(5)提供含CO2的废气的气体储罐(1)，以及与第一反应器(4)和第二反应器(5)的出口管道均连接的气体分离器(12)，所述第一反应器(4)内沿竖直方向平行排布有多个第一光催化剂板(4-2)，相邻的所述第一光催化剂板(4-2)之间均匀布设有第一光导纤维(4-3)，所述第一光导纤维(4-3)从第一反应器(4)中伸出并与第一光源导入器(4-1)连接固定，所述第二反应器(5)内沿竖直方向平行排布有多个第二光催化剂板(5-2)，相邻的所述第二光催化剂板(5-2)之间均匀布设有第二光导纤维(5-3)，所述第二光导纤维(5-3)从第二反应器(5)中伸出并与第二光源导入器(5-1)连接固定，所述第一光催化剂板(4-2)和第二光催化剂板(5-2)的结构相同，均由表面包覆光催化剂(28)的活性炭板(29)组成，所述第一反应器(4)和第二反应器(5)的入口管道与气体储罐(1)之间设置有气体流量计(2)，所述气体储罐(1)与气体流量计(2)之间设置有第一阀门(16)，所述气体流量计(2)与第一反应器(4)之间设置有第三阀门(18)，所述气体流量计(2)与第二反应器(5)之间设置有第五阀门(20)，所述第一反应器(4)和第二反应器(5)的入口均通过管道与水蒸气发生器(3)相连，所述第一反应器(4)与水蒸气发生器(3)之间设置有第二阀门(17)，所述第二反应器(5)与水蒸气发生器(3)之间设置有第四阀门(19)，所述第一反应器(4)和第二反应器(5)的出口管道均与真空泵(6)连接，所述第一反应器(4)与真空泵(6)之间设置有第六阀门(21)，所述第二反应器(5)与真空泵(6)之间设置有第七阀门(22)，所述第一反应器(4)和第二反应器(5)的出口均通过管道与冷却器(7)相连，所述冷却器(7)与气体分离器(12)之间依次设置有第一压缩机(9)和第一储罐(11)，所述气体分离器(12)的出口处依次设置有第二压缩机(10)和第二储罐(13)。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，所述第一光催化剂板(4-2)和第二光催化剂板(5-2)均相对水平面均呈倾斜设置，所述第一光催化剂板(4-2)和第二光催化剂板(5-2)的末端分别与第一排水管(4-4)和第二排水管(5-4)连通，所述第一排水管(4-4)和第二排水管(5-4)分别伸出第一反应器(4)和第二反应器(5)且均与废水储罐(8)连接，所述第一排水管(4-4)与废水储罐(8)之间依次设置有第一液位计(23)和第八阀门(25)，所述第二排水管(5-4)与废水储罐(8)之间依次设置有第二液位计(24)、第九阀门(26)和第十阀门(27)。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，所述气体分离器(12)的另一出口处依次设置有第三压缩机(14)和第三储罐(15)。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置，其特征在于，第一光导纤维(4-3)和第二光导纤维(5-3)均为通体发光光纤。
5.一种如权利要求1～4中任一权利要求所述的二氧化碳捕集-光催化耦合反应装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括以下步骤：
步骤一、将多个第一光催化剂板(4-2)和多个第二光催化剂板(5-2)分别装入第一反应器(4)和第二反应器(5)中；
步骤二、通过真空泵(6)对第一反应器(4)和第二反应器(5)进行抽真空，然后将气体储罐(1)中含CO2的废气通入第一反应器(4)中，待第一光催化剂板(4-2)对CO2吸附饱和后，将含CO2的废气通入第二反应器(5)中，使第二光催化剂板(5-2)吸附捕集CO2，再打开第一光源导入器(4-1)，使光通过第一光导纤维(4-3)照射在第一光催化剂板(4-2)的表面，并同时打开水蒸气发生器(3)使其产生的水蒸气通入到第一反应器(4)中，使吸附在第一光催化剂板(4-2)上的CO2进行光催化还原反应；所述第一光催化剂板(4-2)上的CO2进行光催化还原反应的过程中，观察第一液位计(23)并通过第一排水管(4-4)将第一反应器(4)中多余的水排入废水储罐(8)中；
步骤三、当步骤二中所述第二光催化剂板(5-2)对CO2吸附饱和后，打开第二光源导入器(5-1)使光通过第二光导纤维(5-3)照射在第二催化剂板(5-2)的表面，同时将水蒸气发生器(3)产生的水蒸气通入到第二反应器(5)中，使吸附在第二光催化剂板(5-2)上的CO2进行光催化还原反应；观察第二液位计(24)并通过第二排水管(5-4)将第二反应器(5)中多余的水排入废水储罐(8)中；
步骤四、重复步骤二和步骤三中的工艺，使第一反应器(4)中的第一光催化剂板(4-2)上和第二反应器(5)中的第二光催化剂板(5-2)上持续进行CO2的吸附捕集和光催化还原反应，然后将第一反应器(4)和第二反应器(5)中产生的含CO2光催化还原反应产物的气体送入冷却器(7)中进行降温，并在第一压缩机(9)的作用下进入第一储罐(11)中，再进入气体分离器(12)中进行分离，得到的CO2光催化还原反应产物气体在第二压缩机(10)的作用下进入第二储罐(13)储存，得到的CO2在第三压缩机(14)的作用下进入第三储罐(15)储存。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，步骤一中所述第一光催化剂板(4-2)和第二光催化剂板(5-2)的制备过程均为：将活性炭板(29)浸入光催化剂(28)的浆液中使两者充分接触，待活性炭板的正反两面全部包覆有光催化剂(28)的浆液后，将其取出干燥。
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