CN212524055U - 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用***，包括：反应箱设置有入口和出口；反应箱内设置有若干反应器单元；其中，每个反应器单元均包括：固定杆、反应表面和催化剂载体；其中，固定杆用于将反应器单元可拆卸的安装于反应箱；反应表面固定设置于固定杆的顶部；固定杆的四周交错排列设置催化剂载体；反应器单元包括：第一反应器单元和第二反应器单元；其中，第一反应器单元的固定杆高度大于第二反应器单元的固定杆高度。本实用新型能够使得水与催化剂均匀地混和；能够使得反应箱内部的流体也参与催化反应；便于光催化剂的清洗、拆卸与重复利用，可提高光催化反应的速率。
Description
技术领域
本实用新型属于光催化反应器技术领域，特别涉及一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用***。
背景技术
光催化反应器利用光照激发半导体催化剂对有机物进行有效降解，常用于转化大气中的二氧化碳生产甲醇，以及废水和污水的净化。光催化反应器使用时，需要配合催化剂颗粒进行催化反应，现有的光催化反应器仍存在一定的缺陷，包括：
1、现有的光催化反应器往往不能够使得水与催化剂均匀的混和，反应的效率较低，CO2转化速率慢；
2、现有的光催化反应器在进水时往往不便于内部的溶液、催化剂与光照接触，因此形成的有效的催化表面比较少；
3、现有的光催化反应器不便于催化清洗、更换和重复利用，造成资源的浪费。
综上，亟需一种新的交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用***。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用***，以解决目前存在的光催化反应器不能够使得水与催化剂均匀的混和，反应的速率较低，内部溶液接受不到光照，有效的催化表面较少，不便于催化剂的清洗和更换，造成资源浪费的技术问题中的一个或多个。本实用新型能够使得水与催化剂均匀地混和；能够使得反应箱内部的流体也参与催化反应；便于光催化剂的清洗、拆卸与重复利用，可提高光催化反应的速率。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，包括：反应箱；
所述反应箱设置有入口和出口，分别用于通入和通出反应物溶液；
所述反应箱内设置有若干反应器单元；其中，每个反应器单元均包括：固定杆、反应表面和催化剂载体；其中，固定杆用于将所述反应器单元可拆卸的安装于反应箱；所述反应表面固定设置于所述固定杆的顶部；所述固定杆的四周交错排列设置所述催化剂载体，所述催化剂载体用于固定设置反应用催化剂；
所述反应器单元包括：第一反应器单元和第二反应器单元；其中，第一反应器单元的固定杆高度大于第二反应器单元的固定杆高度。
本实用新型的进一步改进在于，在反应箱内，沿着反应物溶液流动方向设置若干第一反应器单元行和第二反应器单元行；其中，第一反应器单元行和第二反应器单元行间隔排布。
本实用新型的进一步改进在于，所述反应器单元的反应表面为金字塔形或圆锥形。
本实用新型的进一步改进在于，所述反应箱为梭形，入口与出口分别设置在两端中间的收窄处。
本实用新型的进一步改进在于，所述反应箱的顶部设置有石英玻璃罩。
本实用新型的进一步改进在于，还包括：复合抛物面聚光器和线性菲涅尔阵列反射镜阵列；
所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列设置于所述反应箱的下方，所述复合抛物面聚光器设置于所述反应箱的上方；其中，所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列用于将接收的光线反射至所述复合抛物面聚光器的焦点；所述复合抛物面聚光器用于将接收到的光反射至所述反应箱内。
本实用新型的进一步改进在于，所述复合抛物面聚光器和线性菲涅尔阵列反射镜阵列的角度可调。
本实用新型的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***，采用的交错式防遮盖光催化反应器装置为本实用新型上述的装置；还包括：CO2水溶液罐、分离器、甲醇收集罐和CO2富集***；
所述CO2水溶液罐的出口通过进水管与所述反应箱的入口相连通；
所述反应器的出口通过出水管与所述分离器的入口相连通；
所述分离器的产物出口与所述甲醇收集罐的入口相连通，剩余反应物出口与所述CO2富集***的入口相连通，CO2富集***的出口与所述CO2水溶液罐的入口相连通。
本实用新型的进一步改进在于，还包括：复合抛物面聚光器和线性菲涅尔阵列反射镜阵列；
所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列设置于所述反应箱的下方，所述复合抛物面聚光器设置于所述反应箱的上方；其中，所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列用于将接收的光线反射至所述复合抛物面聚光器的焦点；所述复合抛物面聚光器用于将接收到的光反射至所述反应箱内。
本实用新型的进一步改进在于，还包括：循环泵；所述循环泵设置于所述入水管。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型的光催化反应器装置，能够使得水与催化剂均匀的混和，且能够使得反应箱内部的流体也参与催化反应，并且便于光催化剂的清洗、拆卸与重复利用，提高光催化反应的速率。具体的，本实用新型中，反应器单元由三部分组成，中央是一根固定杆，在固定杆的顶端一个金字塔形的反应表面，在固定杆四周交错排列着催化剂载体，所述催化剂载体可以为圆饼状，用于固定设置催化剂，整个***的催化剂载体都是固定式的载体，催化剂在反应过程中是不会随着流体流动的，这样的好处是增大流体与催化剂的相对速度，增大反应速率。另外，内部的反应器单元是由上方是是金字塔形的反应表面构成，中央为一根固定杆，杆的四周交错安装有圆饼状的催化剂载体，这样的结构能够有效地破坏流体的边界层使得流体和催化剂的表面相对速度增大，提高反应速率。
本实用新型的装置中，在反应箱内，沿着反应物溶液流动方向设置有若干第一反应器单元行和第二反应器单元行；第一反应器单元行和第二反应器单元行间隔排布，反应箱内部高低相间排列着两类反应器单元；其中，反应器单元在反应箱内部高低相间排列，达到破坏边界层使得流体与催化剂充分接触的目的；高低相间排列的目的是为了更好的利用光能，增大光线在反应器内部的反射次数。
本实用新型的装置中，所述反应表面为金字塔形或圆锥形，可以减少光照进入***时的反射损失。
本实用新型的装置中，反应箱为“梭”形，入口与出口设置在中间较窄处，这样的目的是防止在边角处出现回流。
本实用新型中，反应箱的下方布置有线性菲涅尔阵列反射镜阵列，上方布置有复合抛物面聚光器；线性菲涅尔阵列反射镜阵列作为一次反射表面，复合抛物面聚光器，作为二次反射表面，为反应箱提供光能，光经过两次折射进入***；复合抛物面聚光器和线性菲涅尔阵列反射镜阵列均可根据当地的太阳入射角度进行结构上的调整，达到高效利用光能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中，反应箱内部反应器单元阵列的结构示意图；
图3是本实用新型实施例中，反应器单元阵列结构的俯视示意图；
图4是本实用新型实施例中，图3对应的主视示意图；
图5是本实用新型实施例中，图3对应的左视示意图；
图6是本实用新型实施例的又一种交错式防遮盖光催化反应器装置的结构示意图；
图7是本实用新型实施例中，模拟整体光子密度的示意图；
图8是本实用新型实施例中，模拟局部光子密度的示意图；
图9是本实用新型实施例的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***的结构示意图；
图1至图9中，1、固定杆；2、反应表面；3、催化剂载体；4、反应箱；5、第一反应器单元；6、第二反应器单元；7、复合抛物面聚光器；8、线性菲涅尔阵列反射镜阵列；9、出水管；10、分离器；11、甲醇收集罐；12、CO2富集***；13、CO2水溶液罐；14、循环泵；15、入水管。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图5，本实用新型实施例的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，包括：
反应箱4，设置有入口和出口，分别用于通入和通出反应物溶液；例如，在二氧化碳还原为甲醇的应用实例中，反应物溶液为二氧化碳水溶液。
优选的，反应箱4为“梭”形，入口与出口设置在中间较窄处，这样的目的是防止在边角处出现回流；具体的，反应箱4整体程六边形，在入水口与出水口处收窄，为了避免在边角处形成回流。反应箱4的顶部装有隔水玻璃罩，防止液体飞溅。
反应箱4内设置有若干反应器单元，每个反应器单元均包括：固定杆1、反应表面2和催化剂载体3；其中，固定杆1用于将所述反应器单元可拆卸的安装在反应箱4内；所述反应表面2固定设置于所述固定杆1的顶部，所述反应表面2为金字塔形或圆锥形，这样可以减少光照进入***时的反射损失；所述固定杆1的四周交错排列设置所述催化剂载体3，所述催化剂载体3可以为圆饼状，用于固定设置催化剂，整个***的催化剂载体3都是固定式的载体，催化剂在反应过程中是不会随着流体流动的，这样的好处是增大流体与催化剂的相对速度，增大反应速率。另外，内部的反应器单元是由上方是是金字塔形的反应表面2构成，中央为一根固定杆1，杆的四周交错安装有圆饼状的催化剂载体3，这样的结构能够有效地破坏流体的边界层使得流体和催化剂的表面相对速度增大，提高反应速率。
优选的，所述反应器单元包括：第一反应器单元5和第二反应器单元6；其中，第一反应器单元5的固定杆1高度大于第二反应器单元6的固定杆1高度。
本实用新型实施例中，在反应箱4内，沿着反应物溶液流动方向设置有若干第一反应器单元行和第二反应器单元行；第一反应器单元行和第二反应器单元行间隔排布，反应箱4内部高低相间排列着两类反应器单元，高低相间排列的目的是为了更好的利用光能，增大光线在反应器内部的反射次数。
请参阅图6，本实用新型实施例中，所述***还包括：复合抛物面聚光器7和线性菲涅尔阵列反射镜阵列8；
所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列8设置于所述反应箱4的下方，所述复合抛物面聚光器7设置于所述反应箱4的上方；其中，所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列8用于将接收的光线反射至所述复合抛物面聚光器7的焦点；所述复合抛物面聚光器7用于将接收到的光反射至所述反应箱4内。本实用新型实施例中，反应箱4的下方布置有线性菲涅尔阵列反射镜阵列8，上方布置有复合抛物面聚光器7；线性菲涅尔阵列反射镜阵列8作为一次反射表面，复合抛物面聚光器7，作为二次反射表面，为反应箱4提供光能，光经过两次折射进入***；复合抛物面聚光器7和线性菲涅尔阵列反射镜阵列8均可根据当地的太阳入射角度进行结构上的调整，达到高效利用光能的目的。
请参阅图7和图8，图7是使用SolTrace软件对光催化反应***的光子密度，光线从***的正上方射入，在位于反应器下方的菲涅尔阵列上发生一次反射，将光线汇聚到位于反应器上方的复合抛物面聚光器当中，在复合抛物面聚光器中发生二次反射，将光线汇聚到反应器当中，为反应器提供光能。图8是对反应***的二次反射过程进行单独的模拟，反应器位于复合抛物面聚光器的焦点处，复合抛物面聚光器可以将不同入射角度的光线高效的汇聚到焦点处，在这样的情况下可以将菲涅尔阵列提供的光能更有效的利用起来。
请参阅图9，本实用新型实施例的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***，包括：反应箱4、复合抛物面聚光器7、线性菲涅尔阵列反射镜阵列8、循环泵14和固定架。
反应箱4的内部排列着高低相间的反应器单元，每一个反应器单元都由三部分组成，中央是一根固定杆1，在固定杆1的顶端一个金字塔形的反应表面2，可以减少光照进入***时的反射损失；在固定杆1四周交错排列着一系列的圆饼状反应表面2；反应器单元共有高低两种，在反应箱4内部相间排列。在反应箱4的下方安装一组线性菲涅尔阵列反射镜阵列8作为一次反射表面，在反应箱4的上方安装一复合抛物面聚光器7，作为二次反射表面，将太阳光能收集到反应箱4中。
所述循环泵14(可以为气泵)的输出端通过入水管15与反应箱4的左端的进口相连通，所述反应箱4的右端的出口固定安装有出水管9，且出水管9的右端连接有连接套，出水管9的右侧连通设置有甲醇与CO2水溶液的分离器10，目的是将产品和未反应完毕的反应物分离开来。产物流入甲醇收集罐11，未反应的原料流入CO2富集***12，将大气中的二氧化碳收集起来，收集完毕之后再次流入CO2水溶液罐13，由循环泵14泵入反应箱4。
优选的，在反应器的上方覆盖一层玻璃防水罩，起到防止液体飞溅但是能够不遮挡光线的目的。
优选的，各个反应器单元每一个圆饼状的催化表面互不遮挡，能够使得光能利用面积增大，并且使得内部的流体也可以接受到光照，形成更多的催化表面。此外在反应箱内部这些反应器单元可以起到扰流的作用，破坏流体的边界层，增大流体与催化剂的相对速度，提高反应速率。
反应箱内部通过这些反应器单元将催化剂固定在反应箱内部，达到流体冲刷催化剂的目的。同时每个反应器单元都是可拆卸的，在光催化反应的过程中，催化剂的寿命是限制反应速率的重要因素，因此可拆卸的反应器单元更加便于催化剂的清洗与更换。
本实用新型实施例中，采用线性菲涅尔阵列和CPC聚光器为***提供光照，主要的好处是这套***可以通过调整好安装角度，避免追踪太阳光照，使得***在不消耗任何能源的情况下为反应箱提供充足的光照。
本实用新型实施例中，所述反应箱的左端正中间固定安装有进水管，右端正中间固定着出水管。由循环泵将CO2水溶液泵入反应箱当中，在反应箱的下方布置有线性菲涅尔阵列作为一次反射表面，在反应箱的上方安装有CPC聚光器作为二次反射表面，为反应箱提供光能；其中，线性菲涅尔阵列可根据当地的光照入射角度进行优化排列，可根据所需要的光照强度不同安装20-30根矩形反光板，使得光照经过反射之后被汇聚到CPC聚光器当中，CPC的截断高度、接受半角的参数应当根据当地的情况适当的优化。使用这套聚光***可以避免追踪阳光，不需要外部能量输入。在反应箱内部选取类石墨碳化氮作为催化剂安装于各个反应器单元的催化剂载体上。类石墨碳化氮可以对全光谱的自然光放生相应，催化CO2还原为甲醇。
综上所述，本实用新型提供光催化反应器装置，能够使得水与催化剂均匀的混和，且能够使得反应箱内部的流体也参与催化反应，并且便于光催化剂的清洗、拆卸与重复利用，提高光催化反应的速率。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，包括：反应箱(4)；
所述反应箱(4)设置有入口和出口，分别用于通入和通出反应物溶液；
所述反应箱(4)内设置有若干反应器单元；其中，每个反应器单元均包括：固定杆(1)、反应表面(2)和催化剂载体(3)；其中，固定杆(1)用于将所述反应器单元可拆卸的安装于反应箱(4)；所述反应表面(2)固定设置于所述固定杆(1)的顶部；所述固定杆(1)的四周交错排列设置所述催化剂载体(3)，所述催化剂载体(3)用于固定设置反应用催化剂；
所述反应器单元包括：第一反应器单元(5)和第二反应器单元(6)；其中，第一反应器单元(5)的固定杆(1)高度大于第二反应器单元(6)的固定杆(1)高度。
2.根据权利要求1所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，在反应箱(4)内，沿着反应物溶液流动方向设置若干第一反应器单元行和第二反应器单元行；其中，第一反应器单元行和第二反应器单元行间隔排布。
3.根据权利要求1所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，所述反应器单元的反应表面(2)为金字塔形或圆锥形。
4.根据权利要求1所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，所述反应箱(4)为梭形，入口与出口分别设置在两端中间的收窄处。
5.根据权利要求1所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，所述反应箱(4)的顶部设置有石英玻璃罩。
6.根据权利要求1所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，还包括：
复合抛物面聚光器(7)和线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)；
所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)设置于所述反应箱(4)的下方，所述复合抛物面聚光器(7)设置于所述反应箱(4)的上方；其中，所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)用于将接收的光线反射至所述复合抛物面聚光器(7)的焦点；所述复合抛物面聚光器(7)用于将接收到的光反射至所述反应箱(4)内。
7.根据权利要求6所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置，其特征在于，所述复合抛物面聚光器(7)和线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)的角度可调。
8.一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***，其特征在于，采用的交错式防遮盖光催化反应器装置为权利要求1所述的装置；还包括：CO2水溶液罐(13)、分离器(10)、甲醇收集罐(11)和CO2富集***(12)；
所述CO2水溶液罐(13)的出口通过入水管(15)与所述反应箱(4)的入口相连通；
所述反应箱(4)的出口通过出水管(9)与所述分离器(10)的入口相连通；
所述分离器(10)的产物出口与所述甲醇收集罐(11)的入口相连通，剩余反应物出口与所述CO2富集***(12)的入口相连通，CO2富集***(12)的出口与所述CO2水溶液罐(13)的入口相连通。
9.根据权利要求8所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***，其特征在于，还包括：复合抛物面聚光器(7)和线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)；
所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)设置于所述反应箱(4)的下方，所述复合抛物面聚光器(7)设置于所述反应箱(4)的上方；其中，所述线性菲涅尔阵列反射镜阵列(8)用于将接收的光线反射至所述复合抛物面聚光器(7)的焦点；所述复合抛物面聚光器(7)用于将接收到的光反射至所述反应箱(4)内。
10.根据权利要求8所述的一种交错式防遮盖光催化反应器装置的应用***，其特征在于，还包括：循环泵(14)；
所述循环泵(14)设置于所述入水管(15)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020842835.2U CN212524055U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202020842835.2U CN212524055U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212524055U true CN212524055U (zh) | 2021-02-12 |
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ID=74542575
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202020842835.2U Active CN212524055U (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** |
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| CN (1) | CN212524055U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111672441A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-18 | 西安交通大学 | 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** |
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2020
- 2020-05-19 CN CN202020842835.2U patent/CN212524055U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111672441A (zh) * | 2020-05-19 | 2020-09-18 | 西安交通大学 | 一种交错式防遮盖光催化反应器装置及其应用*** |
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