光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法，包括：光电催化二氧化碳还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统，反应器主体由两个半反应器主体构成，其中一个带有光照窗口，窗口处设置密封片，两个半反应器通过夹紧装置相互连接固定。所述旋盖的两端分别设置进气口和出气口，旋盖通过螺纹与反应器主体连接密封，旋盖上设置有电极铜柱分别为工作电极、对电极和参比电极提供偏压，并且设有一个液相取样孔。通过光照窗可以对半导体催化材料施加光照，以实现光催化过程，通过气体定量分析检测系统进行产物定量分析。本发明专利技术结构简单，体积小巧，实施方便，便于快速准确进行气体定量分析检测。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，包括：光电催化二氧化碳还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统，反应器主体由两个半反应器主体构成，其中一个带有光照窗口，窗口处设置密封片，两个半反应器通过夹紧装置相互连接固定。所述旋盖的两端分别设置进气口和出气口，旋盖通过螺纹与反应器主体连接密封，旋盖上设置有电极铜柱分别为工作电极、对电极和参比电极提供偏压，并且设有一个液相取样孔。通过光照窗可以对半导体催化材料施加光照，以实现光催化过程，通过气体定量分析检测系统进行产物定量分析。本专利技术结构简单，体积小巧，实施方便，便于快速准确进行气体定量分析检测。【专利说明】
本专利技术属于光照和电解反应
以及光电化学反应产物分析检测
， 具体地说，涉及一种。
技术介绍
近些年来，随着经济的飞速发展，资源能源的快速消耗，大气中以CO2为主的温室 气体的浓度持续增加，如何稳定控制大气中CO2气体浓度迅速成为研宄热点。在自然界中， 植物的光合作用无处不在。从能量角度出发，绿色植物利用太阳光能将大气中的CO2转化 为糖类等有机物，同时将太阳能转换并存储为化学能，这对开发低能耗的CO2转化和利用技 术具有一定的启发。光催化反应是利用太阳能激发半导体光催化材料产生光生电子一空 穴，以诱发氧化--还原反应，因此可以利用光生电子还原CO2，同时利用光生空穴氧化H2O, 以合成碳氢燃料。然而〇)2被还原后会生成ch4、hcooh、ch3oh等多样复杂的产物，并且产物 的量很少，现有技术很难做到对其产物进行有效的分离以及准确可靠的检测。 【专利技术内容】 本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一套气密性优异，体积较小，气密性 良好，能够施加光照、偏压、二氧化碳以及能分析光电催化二氧化碳还原反应性能的光电催 化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法。 本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现： 光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，包括：光电催化二氧化碳还原反应装 置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统。 所述光电催化二氧化碳还原反应装置，包括：反应器主体、夹紧装置、旋盖和密封 片。所述反应器主体由左半反应器主体和右半反应器主体组成，右半反应器主体的一侧侧 壁设置光照窗口并在光照窗口外侧设置密封片，右半反应器主体的一侧侧壁设置有右半反 应器连通通道，且右半反应器连通通道和光照窗口同轴设置在右半反应器主体的两侧；在 左半反应器主体的侧壁上且与于右半反应器连通通道相等高度的位置上设置有左半反应 器连通通道，左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的直径相等，且左半反应器连通 通道和右半反应器连通通道通过夹紧装置进行密闭对接密闭对接，在左半反应器连通通道 和右半反应器连通通道的密闭对接处设置质子交换膜，左半反应器主体的顶端设置有左半 反应器瓶口内螺纹，右半反应器主体的顶端设置有右半反应器瓶口内螺纹； 所述旋盖分为两个结构大体相同的左旋盖和右旋盖，两个旋盖的下部侧壁均设置 有旋盖外螺纹，左旋盖和右旋盖分别通过螺纹配合与左半反应器主体和右半反应器主体密 封连接，两个旋盖上部侧壁均设置有进气口和出气口，出气口用于连接气体检测装置，每个 旋盖上设置有一个贯通旋盖的液相取样孔，并在液相取样孔中设置拧紧螺栓，以通过拧紧 螺栓实现密封；右旋盖顶端设置有第一电极柱和第二电极柱，左旋盖顶端设置有第三电极 柱，且第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱分别贯穿各自旋盖并与旋盖密封接触，三个电 极柱与工作电极、对电极和参比电极连接，并为工作电极、对电极和参比电极连接提供偏 压；工作电极与右旋盖的第二电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连，对电极与 左旋盖的第三电极柱相连。 所述气体定量分析检测系统，包括：检测系统第一进气口，检测系统第二进气口， 第一循环出气口，第二循环出气口，气相色谱，真空压力表，循环泵，真空泵；所述检测系统 第一进气口和检测系统第二进气口分别与两个旋盖的出气口密封相连，所述气相色谱设置 有气相色谱定量管；所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口通过输气管与气相色 谱的气相色谱定量管的进气口相连，气相色谱定量管的出气口通过输气管与三通阀的第一 阀口相连，三通阀的第二阀口通过输气管与真空泵相连，三通阀的第三阀口通过输气管与 循环泵相连，循环泵通过输气管分别与第一循环出气口和第二循环出气口，第一循环出气 口和第二循环出气口分别与两个旋盖的进气口密封相连；在检测系统第一进气口、检测系 统第二进气口与气相色谱定量管进气口相连的输气管上并联真空压力表，用来监测反应体 系内的气体压力；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与真空压力表相连的输气 管上设置有第一二通阀；在真空压力表与气相色谱定量管的进气口相连的输气管上设置有 第二二通阀；在气相色谱定量管的出气口与三通阀相连的输气管上设置有第三二通阀。 所述二氧化碳提供装置，包括：二氧化碳储气罐、二氧化碳提供装置第一出气口和 二氧化碳提供装置第二出气口。所述二氧化碳储气罐通过输气管与二氧化碳提供装置第一 出气口和二氧化碳提供装置第二出气口相联通，且在其输气管上设置有第四二通阀，用于 控制二氧化碳储气罐与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口之 间的导通与关闭； 左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一出气口密 闭相连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二出气口密 闭相连通，二氧化碳提供装置通过三通向旋盖的进气口插入气体导管，从而向反应器主体 内电解液中鼓泡通入反应原料气体CO2，循环泵通过循环出气口使整个体系内的气体在系 统中循环流动，达到充分混合均匀的目的。 在上述技术方案中，所述质子交换膜为Nafion膜。 在上述技术方案中，所述密封片与光照窗口密封设置，且密封片选择透明材质，例 如玻璃材质或者石英材质。 在上述技术方案中，在右半反应器主体内设置工作电极和参比电极，工作电极与 右旋盖的第二电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连；在左半反应器主体内设 置对电极，对电极与左旋盖的第三电极柱相连。 在上述技术方案中，所述第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱为铜电极柱。 在上述技术方案中，所述参比电极为Ag/AgCl参比电极。 在上述技术方案中，所述对电极为Pt对电极。 在上述技术方案中，所述密封片通过环氧树脂与右半反应器连通通道密封连接， 外界光源透过光照窗处的密封片对半导体催化材料施加光照，以实现光催化反应。 在上述技术方案中，所述反应器主体材质为玻璃。 在上述技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯。 在上述技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯，旋盖上的液相取样口处的拧紧 螺栓材质为聚醚醚酮（PEEK)。 在上述技术方案中，采用的二通阀和三通阀均为电磁阀。 在上述技术方案中，所述真空压力表为量程-IOOkPa--OkPa，精度为2级的数显 压力计。 上述光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统的使用方法，按照下述步骤进行： 步骤1，将反应电解液倒入反应器中，将对电极、参比电极和工作电极分别与第一 电极柱、第二电本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，包括：光电催化二氧化碳还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统；所述光电催化二氧化碳还原反应装置，包括：反应器主体、夹紧装置、旋盖和密封片；所述反应器主体由左半反应器主体和右半反应器主体组成，右半反应器主体的一侧侧壁设置光照窗口并在光照窗口外侧设置密封片，右半反应器主体的一侧侧壁设置有右半反应器连通通道，且右半反应器连通通道和光照窗口同轴设置在右半反应器主体的两侧；在左半反应器主体的侧壁上且与于右半反应器连通通道相等高度的位置上设置有左半反应器连通通道，左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的直径相等，且左半反应器连通通道和右半反应器连通通道通过夹紧装置进行密闭对接密闭对接，在左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的密闭对接处设置质子交换膜，左半反应器主体的顶端设置有左半反应器瓶口内螺纹，右半反应器主体的顶端设置有右半反应器瓶口内螺纹；所述旋盖分为两个结构大体相同的左旋盖和右旋盖，两个旋盖的下部侧壁均设置有旋盖外螺纹，左旋盖和右旋盖分别通过螺纹配合与左半反应器主体和右半反应器主体密封连接，两个旋盖上部侧壁均设置有进气口和出气口，出气口用于连接气体检测装置，每个旋盖上设置有一个贯通旋盖的液相取样孔，并在液相取样孔中设置拧紧螺栓，以通过拧紧螺栓实现密封；右旋盖顶端设置有第一电极柱和第二电极柱，左旋盖顶端设置有第三电极柱，且第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱分别贯穿各自旋盖并与旋盖密封接触，三个电极柱与工作电极、对电极和参比电极连接，并为工作电极、对电极和参比电极连接提供偏压；工作电极与右旋盖的第二电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连，对电极与左旋盖的第三电极柱相连；所述气体定量分析检测系统，包括：检测系统第一进气口，检测系统第二进气口，第一循环出气口，第二循环出气口，气相色谱，真空压力表，循环泵，真空泵；所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口分别与两个旋盖的出气口密封相连，所述气相色谱设置有气相色谱定量管；所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口通过输气管与气相色谱的气相色谱定量管的进气口相连，气相色谱定量管的出气口通过输气管与三通阀的第一阀口相连，三通阀的第二阀口通过输气管与真空泵相连，三通阀的第三阀口通过输气管与循环泵相连，循环泵通过输气管分别与第一循环出气口和第二循环出气口，第一循环出气口和第二循环出气口分别与两个旋盖的进气口密封相连；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与气相色谱定量管进气口相连的输气管上并联真空压力表，用来监测反应体系内的气体压力；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与真空压力表相连的输气管上设置有第一二通阀；在真空压力表与气相色谱定量管的进气口相连的输气管上设置有第二二通阀；在气相色谱定量管的出气口与三通阀相连的输气管上设置有第三二通阀；所述二氧化碳提供装置，包括：二氧化碳储气罐、二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口；所述二氧化碳储气罐通过输气管与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口相联通，且在其输气管上设置有第四二通阀，用于控制二氧化碳储气罐与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口之间的导通与关闭；左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一出气口密闭相连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二出气口密闭相连通，二氧化碳提供装置通过三通向旋盖的进气口插入气体导管，从而向反应器主体内电解液中鼓泡通入反应原料气体。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩金龙，常晓侠，王拓，张鹏，张冀杰，李盎，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12