基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置，包括气体分离系统、NH3合成系统、超临界CO2转化系统、光催化超临界CO2还原系统、产物收集系统及菲涅尔高倍聚光热电转化系统，气体分离系统用于分离出气体中的H2、N

【技术实现步骤摘要】
基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置


[0001]本专利技术涉及空气减碳及有机物合成装置，具体涉及一种基于光催化与太阳 能的空气减碳及有机物合成装置。

技术介绍

[0002]大气中二氧化碳浓度的升高打破了地球原有各圈层之间的平衡，导致温室 效应加剧、极端天气变化及海平面上升等生态环境问题，随着人类的持续开发， 能源、气候危机已经越来越近，而这些生态环境问题与人民生产生活息息相关， 关系到全人类命运。
[0003]现阶段全球化石燃料日趋减少，太阳能作为一种可再生能源已成为人类不 可忽视的重要组成部分。太阳光的运用不受地域限制，可直接开发和利用，且 无须开采和运输，十分方便；且太阳能是最清洁能源之一，不会污染环境。
[0004]光催化技术作为一种极具潜力的绿色新型技术之一，可以通过太阳能将温 室气体如二氧化碳转化为具有高附加值的化学品和燃料，有利于解决化石燃料 短缺和全球环境污染等问题，具有可观的经济效应。光催化剂在反应过程中并 不消耗其他化学物质，利用空气中的水和氧作为原料，绿色、节源、无污染。
[0005]现阶段全球多国频繁出现能源供需紧张问题，能源供需矛盾突出、价格持 续攀升。在能源短缺问题越来越严重的今天，很有必要研究一种基于光催化与 太阳能的空气减碳及有机物合成装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于光催化与 太阳能的空气减碳及有机物合成装置，它可以基于空气、利用太阳光能，可持 续性地将大气中CO2通过光催化转化为多种清洁碳氢燃料。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种基于光催化与太阳能 的空气减碳及有机物合成装置，包括：
[0008]气体分离系统，用于分离出气体中的H2、N
2、
CO2和H2O,及电解H2O以生成H2；
[0009]NH3合成系统，与所述气体分离系统相连，用于将所述气体分离系统所分离 出的N2和生成的H2合成为NH3；
[0010]超临界CO2转化系统，与所述气体分离系统相连，用于将所述气体分离系统 分离出的CO2转化为超临界CO2；
[0011]光催化超临界CO2还原系统，分别与所述超临界CO2转化系统和所述NH3合成 系统相连，用于供NH3和超临界CO2在其内混合，并在光催化剂的催化下反应以 得到产物；
[0012]产物收集系统，与所述光催化超临界CO2还原系统相连，用于对产物进行收 集；
[0013]菲涅尔高倍聚光热电转化系统，至少聚光于所述NH3合成系统及所述光催化 超临界CO2还原系统以提供光热。
[0014]进一步，所述气体分离系统包括：
[0015]第一碳水捕获装置，用于捕获空气中的H2O；
[0016]第二碳水捕获装置，连通所述第一碳水捕获装置，用于捕获空气中除H2O以 外的气体中的CO2，并连通所述超临界CO2转化系统，以向所述超临界CO2转化系 统提供CO2；
[0017]氮氧分离装置，连通所述第二碳水捕获装置，用于分离出空气中除H2O和 CO2以外的气体中的N2，并通过N2收集室连通所述NH3合成系统，以向所述NH3合成系统提供N2；
[0018]H2O电解室，通过H2O管道连通所述第一碳水捕获装置，用于电解H2O以得 到H2，并通过H2收集室连通所述NH3合成系统，以向所述NH3合成系统提供H2；
[0019]冷却器件，用于冷凝H2O管道中的气态H2O。
[0020]进一步，所述第一碳水捕获装置和所述第二碳水捕获装置分别包括：
[0021]外壳；
[0022]重力开关，安装在所述外壳的中间部位，以将所述外壳内分为上腔和下腔， 在所述重力开关在重力作用下打开后，所述下腔和所述上腔相连通；
[0023]螺旋盘管，安装在所述上腔内，以供气体在其内流通，所述螺旋盘管的下 侧开设有多个漏孔；
[0024]制冷器，安装在所述上腔内；
[0025]加热件，安装在所述下腔内。
[0026]进一步，所述超临界CO2转化系统包括转化箱，所述转化箱配置有助热注水 层，所述转化箱的内腔安装有压缩机。
[0027]进一步，所述光催化超临界CO2还原系统包括：
[0028]TiO2碱改仓，内置有滤网，所述滤网粘附有TiO2粉末，所述TiO2碱改仓的 进口连通所述NH3合成系统，出口连通碱改性TiO2管道；
[0029]第一光催化反应腔，两端各通过一回旋加速器连通所述碱改性TiO2管道；
[0030]第二光催化反应腔，连通所述超临界CO2转化系统，所述菲涅尔高倍聚光热 电转化系统至少用于向所述第一光催化反应腔和所述第二光催化反应腔提供光 热；
[0031]两个分别连通在所述第一光催化反应腔和所述第二光催化反应腔之间的连 通管，两个连通管上各配置有气泵，两个连通管上的气泵的流向相反。
[0032]进一步，所述多产物收集系统包括：
[0033]产物收集腔，连通所述光催化超临界CO2还原系统；
[0034]若干个连通所述产物收集腔底部的产物收集容器，每个产物收集容器的进 口安装有过滤网。
[0035]进一步为了可以向所述产物收集腔的底部曝气小气泡以加快分子间运动速 率，超临界CO2转化系统连通所述产物收集腔的底部，以向所述产物收集腔提供 超临界CO2。
[0036]进一步，基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置还包括换热系 统，所述换热系统用于冷却所述气体分离系统中用于传输分离出的H2O的管道及 加热所述超临界CO2转化系统。
[0037]采用上述技术方案后，本专利技术基于空气、利用太阳光能，可持续性地将大 气中CO2通过光催化转化为甲烷、甲醇、一氧化碳等清洁的碳氢燃料，缓解了能 源紧张及温室效应，对改善能源结构、保护生态环境、应对气候变化、实现经 济社会可持续发展具有重要意义。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置的结构 示意图；
[0039]图2为本专利技术的第一碳水捕获装置和第二碳水捕获装置的结构示意图；
[0040]图3为本专利技术的超临界CO2转化系统的结构示意图；
[0041]图4为本专利技术的第一光催化反应腔和第二光催化反应腔的结构示意图；
[0042]图5为本专利技术的产物收集系统的结构示意图；
[0043]图6为本专利技术的菲涅尔高倍聚光热电转化系统的结构示意图。
具体实施方式
[0044]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0045]如图1、2、3、4、5、6所示，一种基于光催化与太阳能的空气减碳及有机 物合成装置，包括：
[0046]气体分离系统1，用于分离出气体中的H2、N
2、
CO2和H2O,及电解H2O以生成 H2；
[0047]N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置，其特征在于，包括：气体分离系统(1)，用于分离出气体中的H2、N
2、
CO2和H2O,及电解H2O以生成H2；NH3合成系统(2)，与所述气体分离系统(1)相连，用于将所述气体分离系统(1)所分离出的N2和生成的H2合成为NH3；超临界CO2转化系统(3)，与所述气体分离系统(1)相连，用于将所述气体分离系统(1)分离出的CO2转化为超临界CO2；光催化超临界CO2还原系统(4)，分别与所述超临界CO2转化系统(3)和所述NH3合成系统(2)相连，用于供NH3和超临界CO2在其内混合，并在光催化剂的催化下反应以得到产物；产物收集系统(5)，与所述光催化超临界CO2还原系统(4)相连，用于对产物进行收集；菲涅尔高倍聚光热电转化系统，至少聚光于所述NH3合成系统(2)及所述光催化超临界CO2还原系统(4)以提供光热。2.根据权利要求1所述的基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置，其特征在于，所述气体分离系统(1)包括：第一碳水捕获装置(11)，用于捕获空气中的H2O；第二碳水捕获装置(12)，连通所述第一碳水捕获装置(11)，用于捕获空气中除H2O以外的气体中的CO2，并连通所述超临界CO2转化系统(3)，以向所述超临界CO2转化系统(3)提供CO2；氮氧分离装置(13)，连通所述第二碳水捕获装置(12)，用于分离出空气中除H2O和CO2以外的气体中的N2，并通过N2收集室(14)连通所述NH3合成系统(2)，以向所述NH3合成系统(2)提供N2；H2O电解室(15)，通过H2O管道连通所述第一碳水捕获装置(11)，用于电解H2O以得到H2，并通过H2收集室(16)连通所述NH3合成系统(2)，以向所述NH3合成系统(2)提供H2；冷却器件(17)，用于冷凝H2O管道中的气态H2O。3.根据权利要求2所述的基于光催化与太阳能的空气减碳及有机物合成装置，其特征在于，所述第一碳水捕获装置(11)和所述第二碳水捕获装置(12)分别包括：外壳(111)；重力开关(112)，安装在所述外壳(111)的中间部位，以将所述外壳(111)内分为上腔和下腔，在所述重力开关(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海飞，杨慧涵，张昊骅，邹蕊，白俊萌，朱佳闵，刘世贸，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：