一种光催化降解反应系统及其制备方法技术方案

一种光催化降解反应系统及其制备方法。所述光催化降解反应系统采用光纤作为光催化剂的载体以及采用微流道反应器作为反应器。所述制备方法包括：将所述光催化剂负载在所述光纤上；将负载有所述光催化剂的光纤与光源相连接；将所述光纤上负载有光催化剂的区域设置在所述微流道反应器的微流道内。本申请的光催化降解反应系统的光催化剂不会混杂在降解液中造成二次污染，而且可以回收并反复使用，可实现传质速度快、反应速率快和转化率高的反应。反应速率快和转化率高的反应。反应速率快和转化率高的反应。

【技术实现步骤摘要】
一种光催化降解反应系统及其制备方法


[0001]本申请涉及但不限于光催化
，尤指一种光催化降解反应系统及其制备方法。

技术介绍

[0002]光催化降解技术是一种在环境领域有着重要应用前景的绿色技术，它利用TiO2等半导体光催化剂在光照条件下吸收光能，当光的能量大于或等于半导体带隙时，价带中的电子将被激发到导带上，在价带上得到相对稳定的空穴，形成电子-空穴对，进而产生强氧化性的羟基自由基
·
OH，污染物与
·
OH反应而被降解，生成对水无污染的产物。光催化降解具有不需要额外的能量补给、安全可靠、可重复、无二次污染等优点。
[0003]目前光催化降解研究中，半导体光催化剂多以粉体的形式投放在污染液中，用灯泡式光源照射的方式提供光能。这种方式具有设备简单和操作方便等优点，但是也存在一些显著的缺点：(1)催化剂无法回收使用，以弥散性粉末存在于降解液中的催化剂又会成为一种新的污染物；(2)光穿过污染液与催化剂作用的过程中会产生较大的光损，光的利用率不高，因此造成表观量子效率也不高；(3)全波段式光源中的红外光会导致液体温度上升，有可能导致降解过程中产生毒性更大的中间产物。鉴于此，研发出一种催化剂可回收且光损率低的光催化降解体系具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种光催化降解反应系统及其制备方法，该光催化降解反应系统的光催化剂不会混杂在降解液中造成二次污染，而且可以回收并反复使用，可实现传质速度快、反应速率快和转化率高的反应。
[0005]本申请提供了一种光催化降解反应系统，所述光催化降解反应系统采用光纤作为光催化剂的载体以及采用微流道反应器作为反应器。
[0006]在本申请的实施例中，所述光催化降解反应系统还可以采用光纤作为光的载体。
[0007]在本申请的实施例中，所述光纤的纤芯中的光以倏逝场的形式从光纤的包层中透出。
[0008]在本申请的实施例中，所述光纤可以为拉锥光纤或D型光纤。
[0009]在本申请的实施例中，所述光的光源可以为激光器。
[0010]在本申请的实施例中，所述光催化剂可以为金属氧化物半导体光催化材料。本申请的光催化降解反应系统对光催化剂的选择性广泛，适用于TiO2、ZnO等金属氧化物半导体光催化材料。
[0011]在本申请的实施例中，所述光纤上负载有光催化剂的区域设置在所述微流道反应器的微流道内，所述光纤与所述光的光源相连接，所述光源发出的光能够进入所述光纤的纤芯中。
[0012]在本申请的实施例中，所述微流道反应器中微流道的孔径可以为300-800μm，所述
微流道反应器的进水口的直径可以为0.5-1.5mm，所述微流道反应器的出水口的直径可以为0.5-1.5mm。
[0013]本申请还提供了如上所述的光催化降解反应系统的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]将所述光催化剂负载在所述光纤上；
[0015]将负载有所述光催化剂的光纤与光源相连接；
[0016]将所述光纤上负载有光催化剂的区域设置在所述微流道反应器的微流道内。
[0017]在本申请的实施例中，当所述光纤为拉锥光纤或D型光纤时，在将所述光催化剂负载在所述光纤上之前，所述制备方法还可以包括：将光纤进行拉锥或者抛磨得到所述拉锥光纤或所述D型光纤；
[0018]所述将所述光催化剂负载在所述光纤上包括将所述光催化剂负载在所述光纤的锥区或抛磨区上。
[0019]在本申请的实施例中，可以通过水热法、化学气相沉积法、液相沉积法将所述光催化剂负载在所述光纤上。
[0020]本申请还提供了一种光催化降解反应系统，所述光催化降解反应系统采用拉锥光纤或D型光纤作为光催化剂的载体，使得所述光纤的纤芯中的光以倏逝场的形式从光纤的包层中透出。
[0021]在本申请的实施例中，在所述光催化降解反应系统中，所述拉锥光纤或所述D型光纤还可以作为光的载体。
[0022]本申请的光催化降解反应系统采用光纤作为光催化剂的载体以及采用微流道作为反应器，具有以下优势：(1)光催化剂负载在光纤上，不会混杂在降解液中造成二次污染，而且可以回收并反复使用；(2)微流道反应器是含有当量直径数量级介于微米和毫米之间的流体流动通道的微型反应器，其具有体积小、传质时间短、反应速率快和转化率高的优点，本申请的光催化降解反应系统采用微流道作为反应器可实现传质速度快、反应速率快和转化率高的优点。
[0023]当本申请的光催化降解反应系统同时采用光纤作为光的载体时，还具有以下优势：(3)光从光源直接进入光纤中，相比于灯泡式光源，光在传播过程中的损失大大降低；(4)光可以从激光器的输出端直接通过光纤熔接的方式耦合进入光纤中，使得可以只将单波段的紫外光而不是灯泡式光源的全波段光导入光纤中，不会出现因红外加热作用导致污染液温度升高而有可能产生毒性更强的中间产物的问题；(5)实现了与灯泡式光源不同的光线与催化剂作用的入射方式，为研究光催化的机理提供了另一种途径。
[0024]当光纤为拉锥光纤或D型光纤，光催化剂负载在光纤的锥区或抛磨区上时，耦合进入光纤中的光大部分会在锥区或抛磨区上以倏逝场的形式透出包层与光催化剂作用，因为锥区或抛磨区的表面积很小，因此光的密度很大，作用在锥区或抛磨区上的单位质量光催化剂上的光强度要比弥散式催化剂与灯泡式光源结合的方式高，对应地，催化效率也更高。
[0025]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
[0026]附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
[0027]图1为本申请实施例的光催化降解反应系统的整体示意图；
[0028]图2为本申请实施例1微流道反应器的结构示意图；
[0029]图3为本申请实施例1的穿过毛细管固定在夹具上的待生长光催化材料的打结光纤；
[0030]图4为本申请对比例1的实验装置的结构示意图；
[0031]图5为本申请实施例1的拉锥光纤锥区的结构示意图；
[0032]附图中的标记符号的含义为：
[0033]1-光纤；11-光催化剂；2-微流道反应器；21-主流道；22-进水口；23-出水口；24-注射器；25-收集容器；3-单波段紫外光激光器；31-输出跳线；4-吸光装置；
[0034]10-氙灯；20-导电玻璃；30-反应器；40-氙灯光斑；
[0035]100-第一过渡区；200-束腰；300-第二过渡区。
具体实施方式
[0036]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光催化降解反应系统，其特征在于，所述光催化降解反应系统采用光纤作为光催化剂的载体以及采用微流道反应器作为反应器。2.根据权利要求1所述的光催化降解反应系统，还采用光纤作为光的载体。3.根据权利要求2所述的光催化降解反应系统，其中，所述光纤的纤芯中的光以倏逝场的形式从光纤的包层中透出；任选地，所述光纤为拉锥光纤或D型光纤。4.根据权利要求2所述的光催化降解反应系统，其中，所述光的光源为激光器。5.根据权利要求2-4中任一项所述的光催化降解反应系统，其中，所述光催化剂为金属氧化物半导体光催化材料。6.根据权利要求2-5中任一项所述的光催化降解反应系统，其中，所述光纤上负载有光催化剂的区域设置在所述微流道反应器的微流道内，所述光纤与所述光的光源相连接，所述光源发出的光能够进入所述光纤的纤芯中。7.根据权利要求2-5中任一项所述的光催化降解反应系统，其中，所述微流道反应器中微流道的孔径为300-800μm，所述微流道反应器的进水口的直径为0.5-1.5mm，所述微流道反应器的出水口的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦，王征，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：