具有多个光催化反应器单元的光催化反应器制造技术

本公开总体上涉及反应器系统，其包括：(a)具有可以至少部分地反射的内表面的壳体，(b)设置在壳体的内部的至少一个反应器单元，该至少一个反应器单元包括外壳和在设置在至少一个外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，其中外壳是光学透明的并且包括用于使反应物进入至少一个单元的至少一个入口、和用于使重整产物离开至少一个单元的至少一个出口，和(c)设置在壳体的内部和/或壳体的外部的至少一个光源。

Photocatalytic reactor with multiple photocatalytic reactor units

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有多个光催化反应器单元的光催化反应器相关申请本申请要求以下美国专利申请的优先权，并且通过引用其整体并入本文：2017年6月27日提交的美国临时专利申请No.62/525,301、2017年6月27日提交的美国临时专利申请No.62/525,305、2017年6月27日提交的美国临时专利申请No.62/525,380和2017年11月15日提交的美国临时专利申请No.62/586,675。此外，以下专利申请的全部内容通过引用并入本文：2018年5月11日提交的国际专利申请No.PCT/US18/32375、2018年5月11日提交的美国专利申请No.15,977,843和与之同时提交的题为“具有透明外壳的反应器单元(ReactorCellwithaTransparentEnclosure)”的国际专利申请No.(待分配)。
本公开一般涉及具有至少一个光源和多个反应器单元的反应器系统，各反应器单元包括光学透明的外壳和在设置于外壳内的催化剂载体上的一种或多种等离激元光催化剂(plasmonicphotocatalysts)。
技术介绍
工业过程广泛地依赖于用于化学生产的非均相催化剂和环境污染物的减轻。这些过程通常依赖于分散在高表面积载体材料中的金属纳米颗粒，以使催化活性表面积最大化并且最具有成本效益地使用催化剂(例如钯、铂、钌或铑)。利用过渡金属纳米颗粒的催化过程通常是能量密集的，依赖于高温和高压来使催化活性最大化。因此，仍然需要有效且具有成本效益的催化系统。
技术实现思路
本专利技术人已经发现，利用人造光源或天然光源的有效反应器系统。可以将本公开的反应器系统设计为使一个或多个目标波长的吸收最大化和/或催化期望的化学反应。结果，对于许多当前的工业过程，本文公开的反应器系统会是具有成本效益的和环境可持续的解决方案。因此，一方面，本公开提供包括壳体(housing)和设置在壳体内部的至少一个反应器单元的反应器系统。该至少一个反应器单元包括外壳和在设置于至少一个外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，其中外壳是光学透明的并且包括用于使反应物进入至少一个单元的至少一个入口、和用于使重整产物(reformate)离开至少一个单元的至少一个出口。当施加至少一个光源时，反应器单元被构造成将反应物转化为重整产物。另一方面，本公开提供太阳能集中器，和光催化反应器单元，该光催化反应器单元相对于太阳能集中器定位以增加电磁辐射对光催化反应器单元的入射。在又一方面，本公开提供用于将至少一种反应物转化成至少一种重整产物的方法。该方法包括：(a)将至少一种反应物分配至设置于壳体内的多个反应器单元中，其中各反应器单元包括光学透明的外壳和在设置于光学透明的外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，(b)经由至少一个光源照射壳体的内部，以使多个反应器单元将至少一种反应物转化为至少一种重整产物，和(c)从多个反应器单元中聚积至少一种重整产物。附图说明包括附图以提供对本公开的方法和装置的进一步理解，并且将附图并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图不一定按比例，并且为了清楚，各种元件的尺寸可能失真，和/或示为简化的表示，以促进理解。附图示出本公开的一个或多个实施方案，并且与说明书一起用于解释本公开的原理和操作。图1A是根据本公开的一个实施方案的反应器单元的截面侧视图。图1B是根据本公开的一个实施方案的反应器单元的分解透视侧视图。图2A是根据本公开的一个实施方案的反应器系统的构造的透视侧视图。图2B是根据图2A的实施方案的反应器系统的构造的分解透视侧视图。图3A是根据本公开的一个实施方案的反应器单元的示例性构造的截面侧视图。图3B是根据图3A的实施方案的反应器单元的示例性构造的截面端视图。图4A是根据本公开的一个实施方案的反应器单元的示例性构造的截面侧视图。图4B是根据图4A的实施方案的反应器单元的示例性构造的截面端视图。图5A是根据本公开的一个实施方案的反应器单元的示例性构造的截面侧视图。图5B是根据图5A的实施方案的反应器单元的示例性构造的截面端视图。图6是具有珠形式的催化剂载体的反应器单元的示例性构造的截面详细视图。图7A是根据本公开的一个实施方案的反应器单元系统的示例性构造的截面端视图。图7B是根据本公开的一个实施方案的反应器单元系统的示例性构造的截面端视图。图7C是根据本公开的一个实施方案的反应器单元系统的示例性构造的截面端视图。图7D是根据本公开的一个实施方案的反应器单元系统的示例性构造的截面端视图。图8是根据本公开的一个实施方案的具有太阳能集中器的反应器系统的示例性构造的透视图。具体实施方式在描述所公开的系统和方法之前，应当理解，本文描述的方面不限于特定的实施方案、设备或构造，因此当然可以变化。也应当理解，本文所用的术语仅出于描述特定方面的目的，并且除非本文中特别定义，否则并不旨在于限定。在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”和“包括(include)”及其变体(例如，“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”)应当理解为暗示包括所述的部件，特征，元件或步骤，或者部件，特征、元件或步骤的组，但不排除任何其它部件，特征，元件或步骤，或者部件、特征、元件或步骤的组。如说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指代物。如本文所使用，术语“耦合(coupling)”包括一个元件对另一元件的物理耦合、电耦合、热耦合或光学耦合。本文中的范围可以表示为从“约”一个特定值，和/或至“约”另一特定值。当表述此类范围时，另一方面包括从一个特定值和/或至其它特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，将理解的是，特定值形成另一方面。还将理解的是，各范围的端点相对于另一端点、和独立于另一端点都是重要的。除非另有说明，否则本文中所有百分比、比率和比例均以重量计。除非有相反的特别说明，否则组分的重量百分比(重量％，也为wt％)基于包括组分的组合物的总重量(例如，基于催化剂材料的总量)。鉴于本公开，本领域普通技术人员可以构造本文所述的过程和活性材料以满足期望的需求。通常，所公开的系统、方法和设备在光催化过程和材料方面提供了改进。通常，本公开提供包括壳体的反应器系统，所述壳体具有可以是至少部分地反射的内表面。反应器系统还包括设置在壳体内部的至少一个反应器单元。该至少一个反应器单元包括外壳和在设置于至少一个外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂。单元的外壳是光学透明的，并且包括用于使反应物进入至少一个单元的至少一个入口，和用于使重整产物离开至少一个单元的至少一个出口。反应器系统进一步包括至少一个光源，其可以设置在壳体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应器系统，其包括：/n壳体；和/n设置在所述壳体的内部的至少一个反应器单元，至少一个所述反应器单元包括外壳和在设置于至少一个所述外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，其中所述外壳是光学透明的并且包括用于使反应物进入至少一个所述单元的至少一个入口、和用于使重整产物离开至少一个所述单元的至少一个出口；和/n至少一个光源，其中所述反应器单元被构造成在施加至少一个所述光源时将所述反应物转化为所述重整产物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170627 US 62/525,305;20170627 US 62/525,380;20171.一种反应器系统，其包括：
壳体；和
设置在所述壳体的内部的至少一个反应器单元，至少一个所述反应器单元包括外壳和在设置于至少一个所述外壳内的催化剂载体上的等离激元光催化剂，其中所述外壳是光学透明的并且包括用于使反应物进入至少一个所述单元的至少一个入口、和用于使重整产物离开至少一个所述单元的至少一个出口；和
至少一个光源，其中所述反应器单元被构造成在施加至少一个所述光源时将所述反应物转化为所述重整产物。


2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中至少一个所述光源是细长的，并且沿着所述壳体的中心长轴同轴地配置。


3.根据权利要求1所述的反应器系统，其中将至少一个所述光源同轴地配置在所述壳体中，并且至少一个所述反应器单元包括围绕至少一个所述光源配置的多个反应器单元。


4.根据权利要求1所述的反应器系统，其中至少一个所述光源包括选自由LED、金属卤化物灯泡、高压钠灯泡、氙灯、白炽灯泡、荧光灯泡、卤素灯泡、HID灯和激光器组成的组中的至少一种光源。


5.根据权利要求1所述的反应器系统，其中多个所述反应器单元各自包括具有外腔、和与所述外腔同轴配置的中央腔的外壳，其中各反应器单元的所述外腔包含在所述催化剂载体上的所述等离激元光催化剂，和所述中央腔被构造成接收光源或热管理特征中的至少一种。


6.根据权利要求5所述的反应器系统，其中所述热管理特征为金属杆、金属线或流体热管理系统中的至少一种，并且其中所述流体热管理系统包括(a)与各反应器单元的所述中央腔的第一端连接的流体入口，和(b)与各反应器单元的所述中央腔的第二端连接的流体出口，使得供给的流体可以流经多个所述反应器单元中的每一个，以改变所述反应器系统的温度。


7.根据权利要求1所述的反应器系统，其进一步包括：
与各反应器单元的至少一个所述入口连接的反应器流体分配器；和
与各反应器单元的至少一个所述出口连接的流体聚积器。


8.根据权利要求1所述的反应器系统，其进一步包括一个或多个配件，所述配件将至少一个所述单元连接至至少一个输送通道，用于将至少一种所述反应物输送至至少一个所述单元的所述外壳、或将至少一种所述重整产物从至少一个所述单元的所述外壳输送。


9.根据权利要求1所述的反应器系统，其中至少一种所述反应物为流体形式。


10.一种反应器系统，其包括：
太阳能集中器；和
光催化反应器单元，其相对于所述太阳能集中器定位以增加电磁辐射对所述光催化反应器单元的入射。


11.根据权利要求10所述的反应器系统，其中所述太阳能集中器包括反射器或折射器。


12.根据权利要求10所述的反应器系统，其中所述太阳能集中器包括菲涅尔透镜，并且其中所述光催化反应器单元位于所述菲涅尔透镜的焦点处。

【专利技术属性】
技术研发人员：S·卡提瓦达，T·W·贝斯特，
申请(专利权)人：融合等离子公司，
类型：发明
国别省市：美国;US