一種光解水制氫的反應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，包括依次連接的載氣鋼瓶，反應(yīng)容器和氣體計(jì)量池，載氣鋼瓶依次通過(guò)減壓閥和流量計(jì)與反應(yīng)容器的洗氣入口連接，反應(yīng)容器外部設(shè)置有溫控裝置，氣體計(jì)量池包括氣體計(jì)量池進(jìn)氣室和氣體計(jì)量池排氣室，氣體計(jì)量池進(jìn)氣室通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接，氣體計(jì)量池進(jìn)氣室與反應(yīng)容器連接，氣體計(jì)量池排氣室與氣體收集袋連接，還包括用于測(cè)量V形部產(chǎn)生的標(biāo)定氣泡的紅外計(jì)數(shù)器。本實(shí)用新型配套設(shè)備少、較為簡(jiǎn)單、占用空間少、成本較低、自動(dòng)化程度高、對(duì)裝置的氣密性要求不高、操作和維護(hù)方便；測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。
【專利說(shuō)明】一種光解水制氫的反應(yīng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及清潔新能源-氫能環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，可廣泛用于光催化領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究，用于測(cè)量光催化實(shí)驗(yàn)體系中產(chǎn)生氣體的體積及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)催化劑的活性變化。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，光解水制氫的實(shí)驗(yàn)裝置主要包括光源系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、氣體循環(huán)控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、在線氣體取樣系統(tǒng)、色譜檢測(cè)系統(tǒng)(氣相色譜)這六大系統(tǒng)。整個(gè)裝置通過(guò)管路依次串聯(lián)的為反應(yīng)器、第一冷凝回流管、氣體混合部、在線取樣部及第二冷凝回流管，還包括并接在第二冷凝回流管和在線取樣部之間的真空部，氣體取樣部與氣相色譜相連。裝置中所使用到的配件主要包括系統(tǒng)裝配的金屬支架、冷卻系統(tǒng)、反應(yīng)光源(常為高壓汞燈(紫外光為主)或氙燈(可見(jiàn)光為主)，可通過(guò)附加濾光片或?yàn)V光溶液得到所需波段的光源)、真空玻璃管路(含高真空活塞)、真空泵、精密真空表、閥門、氣泵、冷凝回流管路、在線取樣系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)和氣相色譜等。
[0003]由于常規(guī)裝置中配套設(shè)備較多，整套裝置比較復(fù)雜，體積較大、占用空間多，成本較高；此外，裝置中使用較多的玻璃材質(zhì)管路，維護(hù)較困難。為了保證產(chǎn)生的微量氣體不泄露，氣體的特殊性對(duì)裝置的氣密性要求高。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要在真空條件下操作，且需要維持高真空度的時(shí)間高達(dá)12?24小時(shí)以上，對(duì)裝置的真空度要求高。整個(gè)裝置使用的閥門較多，操作過(guò)程中需要通過(guò)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)特殊設(shè)計(jì)的閥門來(lái)控制氣體的流動(dòng)方向，操作步驟繁瑣，自動(dòng)化程度低。當(dāng)氣體生成量較大時(shí)，管路中的氣體會(huì)循環(huán)不暢，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差較大。同時(shí)常規(guī)裝置在進(jìn)行監(jiān)測(cè)催化劑活性實(shí)驗(yàn)前，必須獲取標(biāo)準(zhǔn)曲線，且對(duì)線性相關(guān)度要求高。由于整套裝置復(fù)雜，任何環(huán)節(jié)都可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)度達(dá)不到要求而無(wú)法開(kāi)展下面的實(shí)驗(yàn)。檢測(cè)過(guò)程通過(guò)氣相色譜的濃度檢測(cè)間接監(jiān)測(cè)催化劑的反應(yīng)活性，并可能受到氣相色譜檢測(cè)限的限制。因此，已有常規(guī)的實(shí)驗(yàn)裝置存在一定的缺陷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，裝置配套設(shè)備少、裝置較為簡(jiǎn)單、占用空間少、成本較低、自動(dòng)化程度高、對(duì)裝置的氣密性要求不高、操作和維護(hù)方便；測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；考察催化劑的活性實(shí)驗(yàn)前，不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)定氫氣的具體生成量，實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備過(guò)程簡(jiǎn)單；并且可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光解水制氫的產(chǎn)氣部分產(chǎn)生的氫氣體積，通過(guò)氫氣體積的變化直觀的了解催化劑的活性變化情況。
[0005]本實(shí)用新型的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，包括載氣鋼瓶，還包括反應(yīng)容器和氣體計(jì)量池，反應(yīng)容器包括洗氣入口和產(chǎn)氣出口，載氣鋼瓶依次通過(guò)減壓閥和流量計(jì)與洗氣入口連接，反應(yīng)容器外部設(shè)置有用于控制反應(yīng)容器內(nèi)部溫度的溫控裝置，反應(yīng)容器通過(guò)石英玻璃板和O型圈密封，反應(yīng)容器上部設(shè)置有光源，氣體計(jì)量池包括氣體計(jì)量池進(jìn)氣室和氣體計(jì)量池排氣室，氣體計(jì)量池進(jìn)氣室一端設(shè)置有氣體計(jì)量池進(jìn)氣口，另一端與V形部一端連接，V形部另一端與氣體計(jì)量池排氣室一端連接，氣體計(jì)量池排氣室另一端設(shè)置有氣體計(jì)量池排氣口，產(chǎn)氣出口通過(guò)三通閥與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口連通，氣體計(jì)量池排氣口與氣體收集袋連接，還包括用于測(cè)量V形部產(chǎn)生的標(biāo)定氣泡的紅外計(jì)數(shù)器。
[0007]如上所述的溫控裝置包括套設(shè)在反應(yīng)容器外部的夾套，夾套包括冷卻液體出口和冷卻液體進(jìn)口，冷卻液體出口通過(guò)低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)與冷卻液體進(jìn)口連通，反應(yīng)容器內(nèi)放置有磁子，反應(yīng)容器底部設(shè)置有磁力攪拌座。
[0008]如上所述的溫控裝置包括設(shè)置在反應(yīng)容器外部的水浴箱，水浴箱上設(shè)置有進(jìn)液口和出液口，反應(yīng)容器內(nèi)放置有磁子，反應(yīng)容器底部設(shè)置有磁力攪拌座。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0010]整套裝置配套設(shè)備少、較為簡(jiǎn)單、占用空間少、成本較低、自動(dòng)化程度高、對(duì)裝置的氣密性要求不高、操作和維護(hù)方便；測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確；考察催化劑的活性實(shí)驗(yàn)前，不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線以標(biāo)定氫氣的具體生成量，實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備過(guò)程簡(jiǎn)單；可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光解水制氫的產(chǎn)氣部分產(chǎn)生的氫氣體積，通過(guò)氫氣體積的變化直觀的了解催化劑的活性變化情況。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型裝置的流程圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3是反應(yīng)容器的第一種實(shí)施圖；
[0014]圖4是反應(yīng)容器的第二種實(shí)施圖；
[0015]圖5是反應(yīng)容器的第三種實(shí)施圖；
[0016]圖6是氣體計(jì)量池的示意圖；
[0017]圖7是實(shí)施例1中催化劑產(chǎn)氫量圖；
[0018]圖8是實(shí)施例2中催化劑產(chǎn)氫量圖；
[0019]圖9是實(shí)施例3中催化劑產(chǎn)氫量圖；
[0020]圖10是實(shí)施例4中催化劑產(chǎn)氫量圖。
[0021]圖中:1-載氣鋼瓶；2_減壓閥；3_流量計(jì)；4_第一軟導(dǎo)管；5_洗氣入口 ；6-反應(yīng)容器；7-光源；8_低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)；9_第二軟導(dǎo)管；10-冷卻液體進(jìn)口 ；11_冷卻液體出口 ；12_第三軟導(dǎo)管；13_磁力攪拌座；14_產(chǎn)氣出口 ；15_第四軟導(dǎo)管；16_三通閥；17-第五軟導(dǎo)管；18-氣體計(jì)量池進(jìn)氣口 ；19_氣體計(jì)量池排氣口 ；20_氣體計(jì)量池；21-紅外計(jì)數(shù)器；22_計(jì)算機(jī)；23_鋼針；24_氣體收集袋；25_石英玻璃板；26_夾子；27_ O型圈；28單層玻璃(上部)；29_洗氣出口 ；30_雙層玻璃夾套(中下部);31_磁子；32-反應(yīng)液體；33-氣體計(jì)量池進(jìn)氣室；34_流質(zhì)；35_產(chǎn)生氣泡的V形部；36_氣體計(jì)量池排氣室；37_水浴箱；38_進(jìn)液口 ；39_出液口。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0023]整套光解水實(shí)驗(yàn)裝置的特征在于包含4個(gè)主體部分，如圖1，具體包括:(I)惰性氣體的洗氣部分；(2)光解水制氫的產(chǎn)氣部分；(3)氣體的測(cè)量部分；(4)氣體的收集部分。與常規(guī)的實(shí)驗(yàn)裝置相比，本實(shí)用新型主要省略了常規(guī)裝置的氣密循環(huán)系統(tǒng)、抽真空裝置及氣相色譜檢測(cè)系統(tǒng)，且操作過(guò)程不需要不斷轉(zhuǎn)動(dòng)特殊設(shè)計(jì)的閥門進(jìn)行控制氣體。本實(shí)用新型主要對(duì)氣體的測(cè)量部分進(jìn)行了改造，采用了氣體計(jì)量池裝置，產(chǎn)氣部分產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡，氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，可直觀的實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況。
[0024]作為對(duì)上述裝置技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本實(shí)用新型裝置還包括如下技術(shù)方案:
[0025]所述的整套裝置，具體包括:載氣鋼瓶1、減壓閥2、流量計(jì)3、反應(yīng)容器6 (其中洗氣入口 5、產(chǎn)氣出口 14、冷卻液體進(jìn)口 10、冷卻液體出口 11)、光源7、低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)8、磁力攪拌座13、三通閥16、氣體計(jì)量池20(其中氣體計(jì)量池進(jìn)氣口 18、氣體計(jì)量池進(jìn)氣室33、產(chǎn)生氣泡的V形部35、氣體計(jì)量池排氣室36、氣體計(jì)量池排氣口 19)、紅外計(jì)數(shù)器21、計(jì)算機(jī)22、鋼針23、氣體收集袋24，軟導(dǎo)管(4，9，12，15，17)。磁子放置于反應(yīng)容器中，反應(yīng)容器放置于磁力攪拌座上，打開(kāi)磁力攪拌開(kāi)關(guān)，反應(yīng)容器中的磁子在磁力作用下開(kāi)始攪拌工作。使用型號(hào):B11-2轉(zhuǎn)速數(shù)顯恒溫磁力攪拌器上海司樂(lè)儀器有限公司。
[0026]所述的整套裝置，如圖2，其具體連接方式的特征在于:載氣鋼瓶I與減壓閥2相連，減壓閥2與流量計(jì)3相連，流量計(jì)3與第一軟導(dǎo)管4相連，第一軟導(dǎo)管4與反應(yīng)容器6上部的洗氣入口 5相連，氣體通過(guò)反應(yīng)容器上部的產(chǎn)氣出口 14導(dǎo)出，產(chǎn)氣出口 14與第四軟導(dǎo)管15相連，第四軟導(dǎo)管15與三通閥16相連，三通閥16與第五軟導(dǎo)管17相連，第五軟導(dǎo)管17與氣體計(jì)量池20的氣體計(jì)量池進(jìn)氣口 18相連,氣體通過(guò)氣體計(jì)量池20至氣體計(jì)量池排氣口 19，氣體計(jì)量池排氣口 19與鋼針23相連，鋼針23與氣體收集袋24相連。反應(yīng)容器6的頂部用石英玻璃板25覆蓋，側(cè)面可用3?4個(gè)夾子固定，以其中I個(gè)夾子的使用為例，夾子26將石英玻璃板25的邊沿、O型圈27及反應(yīng)容器6的邊沿夾緊。反應(yīng)容器6的底部置于磁力攪拌座13上。光源7用升降臺(tái)支撐，使光源的有效光斑垂直通過(guò)石英玻璃板25。低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)8與反應(yīng)容器6下部的冷卻液體進(jìn)口 10相連，反應(yīng)容器6中部的冷卻液體出口 11與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)8相連，冷卻工質(zhì)形成循環(huán)。紅外計(jì)數(shù)器21設(shè)置在氣體計(jì)量池20 —側(cè)，紅外計(jì)數(shù)器21與計(jì)算機(jī)22相連。
[0027]光解水制氫的產(chǎn)氣部分，為達(dá)到控溫的目的，反應(yīng)容器可以是夾套式反應(yīng)容器，如圖3 ;還可以采用單層玻璃式反應(yīng)容器與水浴箱，如圖4、圖5。圖3中反應(yīng)容器裝置具體包括:反應(yīng)容器壁上部為單層玻璃28，中下部為雙層玻璃夾套30 ;反應(yīng)容器邊沿上的O型圈27，反應(yīng)容器壁側(cè)面帶有4處接口，上部帶有惰性氣體的洗氣入口 5與產(chǎn)氣出口 14，中下部帶有冷卻液體進(jìn)口 10和冷卻液體出口 11 ;洗氣入口 5的另一端為洗氣出口 29。圖4與圖5中反應(yīng)容器具體包括:惰性氣體的洗氣入口 5與產(chǎn)氣出口 14，二者可以在同側(cè)，也可以在異側(cè)；水浴箱具體包括:進(jìn)液口 38，出液口 39。單層玻璃式反應(yīng)容器與水浴箱的具體連接方式與夾套式反應(yīng)容器相同。
[0028]光解水制氫的產(chǎn)氣部分，如圖3?5，光解水制氫反應(yīng)時(shí)反應(yīng)容器中具體包括:磁子31與反應(yīng)液體32，反應(yīng)液體的體積一般不多于反應(yīng)容器容積的1/3。
[0029]氣體的測(cè)量部分，如圖6，氣體計(jì)量池裝置具體包括:氣體計(jì)量池進(jìn)氣口 18、氣體計(jì)量池進(jìn)氣室33、流質(zhì)34、產(chǎn)生氣泡的V形部35、氣體計(jì)量池排氣室36，氣體計(jì)量池排氣口19。
[0030]氣體的收集部分，如圖2，具體包括:氣體收集袋24。
[0031]惰性氣體的洗氣部分，其具體工作方式的特征在于:光解水制氫反應(yīng)之前需要進(jìn)行兩次洗氣操作。第一次洗氣的目的在于除去反應(yīng)液體(包括水、催化劑和犧牲劑)中混有的少量空氣，具體操作步驟為:調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)、軟導(dǎo)管、惰性氣體的洗氣入口、洗氣出口進(jìn)入反應(yīng)液體中，氣體通過(guò)反應(yīng)容器產(chǎn)氣出口、軟導(dǎo)管至三通閥處排空，洗氣時(shí)間為20~40min，以除去反應(yīng)液體中的空氣；第二次洗氣的目的在于除去反應(yīng)容器上部、連接軟導(dǎo)管及氣體計(jì)量池中存在的空氣，具體操作步驟為:調(diào)節(jié)玻璃三通閥，使之與導(dǎo)管相通，鋼針與大氣相通。調(diào)節(jié)減壓閥，如前所述，惰性氣體通至三通閥，經(jīng)過(guò)軟導(dǎo)管進(jìn)入氣體計(jì)量池，從鋼針處排空，洗氣時(shí)間為20~40min。洗氣完成后，關(guān)閉載氣鋼瓶，反應(yīng)容器上方、氣體計(jì)量池上方及管路中充滿惰性氣體，體系處于常壓平衡狀態(tài)。
[0032]光解水制氫的產(chǎn)氣部分，其具體工作方式的特征在于:當(dāng)在反應(yīng)容器中加入反應(yīng)液體(包括水、催化劑和犧牲劑)及磁子，頂部采用石英玻璃板覆蓋，側(cè)面采用3~4個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈及石英玻璃板夾緊，以防氣體泄漏。反應(yīng)液體在磁子的磁力攪拌作用及光源照射作用下，產(chǎn)生氫氣，且產(chǎn)生的氫氣通過(guò)產(chǎn)氣出口導(dǎo)出。由于光源照射反應(yīng)液體后，會(huì)使其溫度升高，為了保證反應(yīng)液體中的水不揮發(fā)成為水蒸氣，采用冷卻循環(huán)系統(tǒng)，將反應(yīng)容器中的液體溫度維持在室溫20~30°C，具體操作步驟為:將低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中的冷卻工質(zhì)通過(guò)軟導(dǎo)管導(dǎo)入反應(yīng)容器的夾套，從冷卻液體出口流出，通過(guò)軟導(dǎo)管重新導(dǎo)入低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，構(gòu)成冷卻循環(huán)。
[0033]氣體測(cè) 量部分，其具體工作方式的特征在于:由于壓力差的作用，產(chǎn)生的氫氣迫使氣體通過(guò)流質(zhì)(流質(zhì)可以是水、油或其它液體)，在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(氣泡體積的選用范圍為0.03~0.05mL)，氣體計(jì)量池所產(chǎn)生氣泡的具體體積可經(jīng)生產(chǎn)加工過(guò)程準(zhǔn)確標(biāo)定，氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)紅外計(jì)數(shù)器與計(jì)算機(jī)聯(lián)用時(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生氫氣的體積。
[0034]氣體收集部分，其具體工作方式的特征在于:將氣體導(dǎo)入氣體收集袋中，備用。
[0035]利用上述的實(shí)驗(yàn)裝置，可進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作，具體技術(shù)方案如下:
[0036]在反應(yīng)容器(容積為400~500mL)中加入一定量的催化劑(催化劑為鈦氧化物類催化劑或硫化鎘復(fù)合材料類催化劑或鋅硫化物類催化劑)、水及犧牲劑(有機(jī)醇類犧牲劑或有機(jī)酸類犧牲劑或有機(jī)胺類催化劑或無(wú)機(jī)鹽類催化劑)，反應(yīng)液體的總體積占反應(yīng)容器容積的1/4~1/3，催化劑、水與犧牲劑三者的質(zhì)量比例范圍為I:(184~3200): (20~190)，為使催化劑有效分散，反應(yīng)前需超聲I~3min(使用型號(hào):KQ-2200DA江蘇昆山舒美臺(tái)式數(shù)控超聲波清洗器，超聲功率:80w)，蓋上石英玻璃板，側(cè)面用3~4個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈及石英玻璃板夾緊。在低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中加入適量的冷卻工質(zhì)，使冷卻工質(zhì)從反應(yīng)容器中下部的冷卻液體進(jìn)口流入反應(yīng)容器的雙層夾套中，從冷卻液體出口流出至低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中，構(gòu)成冷卻循環(huán)，溫度范圍為20~30°C。單層玻璃式反應(yīng)容器與水浴箱二者的工作方式與夾套式反應(yīng)容器相同。所用光源為氙燈或高壓汞燈光源，調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)容器光照面的距離范圍為4~Scm0
[0037]調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)、軟導(dǎo)管、惰性氣體的洗氣入口、洗氣出口進(jìn)入反應(yīng)液體中，氣體通過(guò)反應(yīng)容器產(chǎn)氣出口、軟導(dǎo)管至三通閥處排空，洗氣時(shí)間為20?40min，以除去反應(yīng)液體中的空氣；第二次洗氣的目的在于除去反應(yīng)容器上部、連接軟導(dǎo)管及氣體計(jì)量池中存在的空氣，具體操作步驟為:調(diào)節(jié)玻璃三通閥，使之與軟導(dǎo)管相通，鋼針與大氣相通。調(diào)節(jié)減壓閥，如前所述，惰性氣體通至三通閥，經(jīng)過(guò)軟導(dǎo)管進(jìn)入氣體計(jì)量池，從鋼針處排空，洗氣時(shí)間為20?40min。洗氣完成后，關(guān)閉載氣鋼瓶，反應(yīng)容器上方、氣體計(jì)量池上方及管路中充滿惰性氣體，體系處于常壓平衡狀態(tài)。
[0038]打開(kāi)光源、磁力攪拌器與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，使催化劑保持懸浮狀態(tài)，反應(yīng)容器中的溫度維持在室溫20?30°C，反應(yīng)液體開(kāi)始反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，由于氣體計(jì)量池開(kāi)始處于充滿惰性氣體的常壓平衡狀態(tài)，產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(氣泡體積的選用范圍為0.03?0.05mL)，氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)紅外計(jì)數(shù)器與計(jì)算機(jī)聯(lián)用時(shí)，可繪制氫氣體積(V)隨時(shí)間(t)變化的曲線，實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況。最后氣體由氣體計(jì)量池的底部上升至排氣室，經(jīng)過(guò)排氣口與鋼針后，最終采用氣體收集袋進(jìn)行收集，備用。
[0039]實(shí)施例1
[0040]步驟1、在400mL的反應(yīng)容器中加入0.5g摻雜1.6% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))Cu的Sr3Ti2O7催化劑(催化劑為鈦氧化物類催化劑)、92mL蒸餾水及IOg甘油(犧牲劑為有機(jī)醇類犧牲劑)，反應(yīng)容器中反應(yīng)液體的總體積占反應(yīng)容器容積的1/4 ；
[0041]步驟2、利用超聲波清洗器進(jìn)行超聲I min，超聲功率為80w，以分散催化劑；
[0042]步驟3、蓋上石英玻璃板，側(cè)面用3個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈及石英玻璃板夾緊，在低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中加入冷卻工質(zhì)，使冷卻工質(zhì)循環(huán)流入夾套中，控制溫度范圍為 20 0C ；
[0043]步驟4、選用光源為高壓汞燈光源(300W)，調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)器內(nèi)液體光照面的距離范圍為4cm ；
[0044]步驟5、調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)容器中的反應(yīng)液體中，惰性氣體通過(guò)反應(yīng)容器的產(chǎn)氣出口經(jīng)由三通閥處排空，洗氣時(shí)間為20min ；
[0045]步驟6、進(jìn)行第二次洗氣，調(diào)節(jié)三通閥，使產(chǎn)氣出口與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口相通，氣體計(jì)量池出氣口通過(guò)鋼針與大氣相通，洗氣時(shí)間為20min ；
[0046]步驟7、打開(kāi)光源、磁力攪拌器與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，使催化劑保持懸浮狀態(tài)及反應(yīng)容器中的溫度維持在室溫20°C，反應(yīng)液體開(kāi)始反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，由于氣體計(jì)量池開(kāi)始處于充滿惰性氣體的常壓平衡狀態(tài)，產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(經(jīng)標(biāo)定后，每個(gè)氣泡的體積為0.03mL),氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況，最后氣體由氣體計(jì)量池的底部上升至排氣室，經(jīng)過(guò)排氣口與鋼針后，最終采用氣體收集袋進(jìn)行收集，備用。
[0047]當(dāng)整個(gè)體系反應(yīng)至3min時(shí)，在氣體計(jì)量池中便可觀察到有氣泡出現(xiàn)，產(chǎn)氫速度快，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氣體計(jì)量池中持續(xù)產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)光照3.5h時(shí)，光催化分解甘油水溶液產(chǎn)氫量達(dá)到最高，氫氣體積為48.0lmL，產(chǎn)氫量大，在所處的體系中，催化劑的催化活性好。通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器記錄氣泡的個(gè)數(shù)，可直接獲得氫氣的體積，通過(guò)繪制氫氣體積-時(shí)間曲線，可直觀的了解催化劑的活性變化情況，此外，在實(shí)驗(yàn)前不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，準(zhǔn)備時(shí)間短，過(guò)程簡(jiǎn)單；實(shí)驗(yàn)過(guò)程在常壓條件下操作，簡(jiǎn)便易行，對(duì)操作人員的要求低，易于自動(dòng)化控制及應(yīng)用推廣。
[0048]實(shí)施例2
[0049]步驟1、在400mL的反應(yīng)容器中加入0.1g Pt / TiO2催化劑(催化劑為鈦氧化物類催化劑)、100mL水及2g甲酸犧牲劑(犧牲劑為有機(jī)酸類犧牲劑)，反應(yīng)容器中反應(yīng)液體的總體積占反應(yīng)容器容積的1/4 ；
[0050]步驟2、利用超聲波清洗器進(jìn)行超聲2min，超聲功率為80w，以分散催化劑；
[0051]步驟3、蓋上石英玻璃板，側(cè)面用3個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈和石英玻璃板夾緊，在低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中加入冷卻工質(zhì)，使冷卻工質(zhì)循環(huán)流入夾套中，控制溫度范圍為 25 0C ；
[0052]步驟4、選用光源為氙燈光源(300W)，調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)器內(nèi)液體光照面的距離范圍為6cm ；
[0053]步驟5、調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)容器中的反應(yīng)液體中，惰性氣體通過(guò)反應(yīng)容器的產(chǎn)氣出口經(jīng)由三通閥處排空，洗氣時(shí)間為30min ；
[0054]步驟6、進(jìn)行第二次洗氣，調(diào)節(jié)三通閥，使產(chǎn)氣出口與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口相通，氣體計(jì)量池出氣口通過(guò)鋼針與大氣相通，洗氣時(shí)間為30min ；
[0055]步驟7、打開(kāi)光源、磁力攪拌器與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，使催化劑保持懸浮狀態(tài)及反應(yīng)容器中的溫度維持在室溫25°C，反應(yīng)液體開(kāi)始反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，由于氣體計(jì)量池開(kāi)始處于充滿惰性氣體的常壓平衡狀態(tài)，產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(經(jīng)標(biāo)定后，每個(gè)氣泡的體積為0.04mL),氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況，最后氣體由氣體計(jì)量池的底部上升至排氣室，經(jīng)過(guò)排氣口與鋼針后，最終采用氣體收集袋進(jìn)行收集，備用。
[0056]當(dāng)整個(gè)體系反應(yīng)至2.5min時(shí)，在氣體計(jì)量池中便可觀察到有氣泡出現(xiàn)，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氣體計(jì)量池中持續(xù)產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)光照2h時(shí)，光催化分解甲酸水溶液產(chǎn)氫量達(dá)到最高，氫氣體積為65.08mL,體系產(chǎn)氫速度快,耗用時(shí)間短,在所處的體系中，催化劑的催化活性好。通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器記錄氣泡的個(gè)數(shù)，可直接獲得氫氣的體積，通過(guò)繪制氫氣體積-時(shí)間曲線，可直觀的了解催化劑的活性變化情況，此外，在實(shí)驗(yàn)前不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，準(zhǔn)備時(shí)間短，過(guò)程簡(jiǎn)單；實(shí)驗(yàn)過(guò)程在常壓條件下操作，簡(jiǎn)便易行，對(duì)操作人員的要求低，易于自動(dòng)化控制及應(yīng)用。
[0057]實(shí)施例3
[0058]步驟1、在500mL的反應(yīng)容器中加入0.1g摻雜L 8% (摩爾分?jǐn)?shù))Cu、In-ZnSeS催化劑(催化劑為鋅硫化物類催化劑)、150mL蒸餾水及0.09mol三乙胺犧牲劑(犧牲劑為有機(jī)胺類犧牲劑)，反應(yīng)容器中反應(yīng)液體的總體積占反應(yīng)容器容積的1/3 ；
[0059]步驟2、利用超聲波清洗器進(jìn)行超聲2min，超聲功率為80w，以分散催化劑；
[0060]步驟3、蓋上石英玻璃板，側(cè)面用4個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈及石英玻璃板夾緊，在低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中加入冷卻工質(zhì)，使冷卻工質(zhì)循環(huán)流入夾套中，控制溫度范圍為 25 0C ；
[0061]步驟4、選用光源為高壓汞燈光源(300w)，調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)器內(nèi)液體光照面的距離范圍為6cm ；
[0062]步驟5、調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)容器中的反應(yīng)液體中，惰性氣體通過(guò)反應(yīng)容器的產(chǎn)氣出口經(jīng)由三通閥處排空，洗氣時(shí)間為30min ；
[0063]步驟6、進(jìn)行第二次洗氣，調(diào)節(jié)三通閥，使產(chǎn)氣出口與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口相通，氣體計(jì)量池出氣口通過(guò)鋼針與大氣相通，洗氣時(shí)間為30min ；
[0064]步驟7、打開(kāi)光源、磁力攪拌器與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，使催化劑保持懸浮狀態(tài)及反應(yīng)容器中的溫度維持在室溫25°C，反應(yīng)液體開(kāi)始反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，由于氣體計(jì)量池開(kāi)始處于充滿惰性氣體的常壓平衡狀態(tài)，產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(經(jīng)標(biāo)定后，每個(gè)氣泡的體積為0.04mL),氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況，最后氣體由氣體計(jì)量池的底部上升至排氣室，經(jīng)過(guò)排氣口與鋼針后，最終采用氣體收集袋進(jìn)行收集，備用。
[0065]當(dāng)整個(gè)體系反應(yīng)至Imin時(shí)，在氣體計(jì)量池中便可觀察到有氣泡出現(xiàn)，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氣體計(jì)量池中持續(xù)產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)光照至4h時(shí)，光催化分解三乙胺水溶液產(chǎn)氫量達(dá)到最高，氫氣體積為335.2mL，并且在后續(xù)的8h，催化劑的產(chǎn)氫活性基本沒(méi)有衰減，體系產(chǎn)氫速度快，耗用時(shí)間短，在所處的體系中，催化劑的催化活性高，穩(wěn)定性好。通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器記錄氣泡的個(gè)數(shù)，可直接獲得氫氣的體積，通過(guò)繪制氫氣體積-時(shí)間曲線，可直觀的了解催化劑的活性變化情況，此外，在實(shí)驗(yàn)前不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，準(zhǔn)備時(shí)間短，過(guò)程簡(jiǎn)單；實(shí)驗(yàn)過(guò)程在常壓條件下操作，簡(jiǎn)便易行，對(duì)操作人員的要求低；對(duì)于產(chǎn)氫量大的體系，克服了常規(guī)光解水裝置測(cè)量誤差大的缺點(diǎn)，易于自動(dòng)化控制及應(yīng)用。
[0066]實(shí)施例4
[0067]步驟1、在500mL的反應(yīng)容器中加入0.05g CdS/ZnO催化劑(催化劑為硫化鎘復(fù)合材料類催化劑)、160mL水及9.5g碳酸鈉犧牲劑(犧牲劑為無(wú)機(jī)鹽類犧牲劑)，反應(yīng)容器中反應(yīng)液體的總體積占反應(yīng)容器容積的1/3 ；
[0068]步驟2、利用超聲波清洗器進(jìn)行超聲3min，超聲功率為80w，以分散催化劑；
[0069]步驟3、蓋上石英玻璃板，側(cè)面用4個(gè)夾子將反應(yīng)容器、O型圈和石英玻璃板夾緊，在低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)中加入冷卻工質(zhì)，使冷卻工質(zhì)循環(huán)流入夾套中，控制溫度范圍為 30 0C ；
[0070]步驟4、選用光源為氙燈光源(500W)，調(diào)節(jié)光源與反應(yīng)器內(nèi)液體光照面的距離范圍為8cm ；
[0071]步驟5、調(diào)節(jié)三通閥使之與大氣相通，調(diào)節(jié)減壓閥，惰性氣體依次通過(guò)減壓閥、流量計(jì)進(jìn)入反應(yīng)容器中的反應(yīng)液體中，惰性氣體通過(guò)反應(yīng)容器的產(chǎn)氣出口經(jīng)由三通閥處排空，洗氣時(shí)間為40min ；
[0072]步驟6、進(jìn)行第二次洗氣，調(diào)節(jié)三通閥，使產(chǎn)氣出口與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口相通，氣體計(jì)量池出氣口通過(guò)鋼針與大氣相通，洗氣時(shí)間為40min ；[0073]步驟7、打開(kāi)光源、磁力攪拌器與低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)，使催化劑保持懸浮狀態(tài)及反應(yīng)容器中的溫度維持在室溫30°C，反應(yīng)液體開(kāi)始反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣，由于氣體計(jì)量池開(kāi)始處于充滿惰性氣體的常壓平衡狀態(tài)，產(chǎn)生的氫氣會(huì)推動(dòng)氣體在氣體計(jì)量池的V形部產(chǎn)生固定體積的氣泡(經(jīng)標(biāo)定后，每個(gè)氣泡的體積為0.05mL),氣泡通過(guò)V形部與氣體計(jì)量池排氣室連接的一側(cè)，通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器對(duì)氣泡的個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)獲得催化劑的活性情況，最后氣體由氣體計(jì)量池的底部上升至排氣室，經(jīng)過(guò)排氣口與鋼針后，最終采用氣體收集袋進(jìn)行收集，備用。
[0074]當(dāng)整個(gè)體系反應(yīng)至20s時(shí)，在氣體計(jì)量池中便可觀察到有氣泡出現(xiàn)，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，氣體計(jì)量池中持續(xù)產(chǎn)生大量的氣泡，當(dāng)光照至8h時(shí)，光催化分解碳酸鈉水溶液產(chǎn)氫量達(dá)到最高，氫氣體積為620.3mL ;從211-1111,體系的產(chǎn)氫量均在IOOmL以上,體系的產(chǎn)氫量大，催化劑的催化活性高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)紅外計(jì)數(shù)器記錄氣泡的個(gè)數(shù)，可直接獲得氫氣的體積，通過(guò)繪制氫氣體積-時(shí)間曲線，可直觀的了解催化劑的活性變化情況，此外，在實(shí)驗(yàn)前不需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，準(zhǔn)備時(shí)間短，過(guò)程簡(jiǎn)單；實(shí)驗(yàn)過(guò)程在常壓條件下操作，簡(jiǎn)便易行，對(duì)操作人員的要求低；對(duì)于產(chǎn)氫量大的體系，克服了常規(guī)光解水裝置測(cè)量誤差大的缺點(diǎn)，易于自動(dòng)化控制及應(yīng)用。
[0075]除了具體實(shí)施例之外，鈦氧化物類催化劑還可以是:①摻雜B，Cr的K2La2 Ti3O10 ；②摻雜Ag的K2La2 Ti3O10 ;③摻雜Gd的TiO2 ;④摻雜Ru的TiO2 ;⑤摻雜Bi的TiO2 ;⑥摻雜Ce的K2La2 Ti3O10.’⑦摻雜Co的SrTiO3 ;硫化鎘復(fù)合材料類催化劑還可以是:①CdS-碳納米管復(fù)合材料CdS_K2Ti4_xPbx09復(fù)合材料CdS-石墨烯復(fù)合材料；鋅硫化物類催化劑還可以是:①摻雜 B 的 Cda5Zna5S ;②摻雜 Mg 的 Cda5Zna5S AgInZn7S9 ；? Zna9Cua4S ；⑤ZnIn2S4 ;有機(jī)醇類的犧牲劑還可以是:①甲醇；②乙醇逾乙二醇；④丙醇；⑤丁醇；有機(jī)酸類的犧牲劑還可以是:①乙酸；②丙酸乙二酸；④丁酸；有機(jī)胺類的犧牲劑還可以是:①二乙胺；②三乙醇胺；③二乙醇胺；④三異丙醇胺；無(wú)機(jī)鹽類的犧牲劑還可以是:①亞硫酸鈉硫化鈉；③磷酸鈉。
[0076]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，包括載氣鋼瓶(I )，其特征在于，還包括反應(yīng)容器(6)和氣體計(jì)量池(20)，反應(yīng)容器(6)包括洗氣入口(5)和產(chǎn)氣出口(14)，載氣鋼瓶(I)依次通過(guò)減壓閥(2 )和流量計(jì)(3 )與洗氣入口( 5 )連接，反應(yīng)容器(6 )外部設(shè)置有用于控制反應(yīng)容器內(nèi)部溫度的溫控裝置，反應(yīng)容器(6)通過(guò)石英玻璃板(25)和O型圈(27)密封，反應(yīng)容器(6)上部設(shè)置有光源(7)，氣體計(jì)量池(20)包括氣體計(jì)量池進(jìn)氣室(33)和氣體計(jì)量池排氣室(36)，氣體計(jì)量池進(jìn)氣室(33) —端設(shè)置有氣體計(jì)量池進(jìn)氣口(18)，另一端與V形部一端連接，V形部另一端與氣體計(jì)量池排氣室(36) —端連接，氣體計(jì)量池排氣室(36)另一端設(shè)置有氣體計(jì)量池排氣口( 19)，產(chǎn)氣出口( 14)通過(guò)三通閥(16)與氣體計(jì)量池進(jìn)氣口( 18)連通，氣體計(jì)量池排氣口( 19)與氣體收集袋(24)連接，還包括用于測(cè)量V形部產(chǎn)生的標(biāo)定氣泡的紅外計(jì)數(shù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的溫控裝置包括套設(shè)在反應(yīng)容器(6)外部的夾套，夾套包括冷卻液體出口(11)和冷卻液體進(jìn)口(10)，冷卻液體出口( 11)通過(guò)低溫/恒溫冷卻循環(huán)水機(jī)(8 )與冷卻液體進(jìn)口( 10 )連通，反應(yīng)容器(6 )內(nèi)放置有磁子(31)，反應(yīng)容器(6 )底部設(shè)置有磁力攪拌座(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光解水制氫的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的溫控裝置包括設(shè)置在反應(yīng)容器(6)外部的水浴箱(37)，水浴箱(37)上設(shè)置有進(jìn)液口(38)和出液口(39),反應(yīng)容器(6)內(nèi)放置有磁子(31)，反應(yīng)容器(6)底部設(shè)置有磁力攪拌座(13)。
【文檔編號(hào)】C01B3/04GK203474447SQ201320602188
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】嚴(yán)建中 申請(qǐng)人:湖北洛克泰克儀器有限公司