一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置

【技术实现步骤摘要】
一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置


[0001]本技术属于气体还原领域，具体而言，涉及一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置
。

技术介绍

[0002]当前，气体的传统处理方式主要包括气体的捕获和吸附
、
电化学还原气体和生物化学还原气体等
。
然而，传统处理方式存在捕获技术能耗高；物理吸附速度慢；化学吸附污染大
、
成本高；吸附材料对气体吸附容量和吸附选择性偏低；未将气体转化为高附加值产品等缺点
。
[0003]为了解决这一问题，以
CO2为例：学者们提出了电化学还原
CO2技术，电化学还原
CO2具有低能耗
、
可控性高
、
能量消耗少
、
污染少等诸多优点，具有良好的环境相容性，它可受可再生电力的驱动在温和的条件下选择性地将
CO2转化为目标化学燃料，从而实现净负
CO2碳足迹排放
。
同时，也可以以化学键的形式长期存储间歇性的可再生能源，在大规模能量存储领域有着极大的应用潜力
。
[0004]电化学还原系统中，催化剂发生氧化还原反应的前提是被氧化或被还原的底物能够被吸附在催化剂表面，然而，对于在液相中发生的
CO2还原反应，由于
CO2在水中的溶解度较低，导致催化剂表面的
CO2浓度较低，限制了
CO2的还原效率
。
[0005]针对以上问题，国内外学者投入了大量的研究，其中，对催化剂进行制备和改性
、
对反应器进行合理的设计成为提升
CO2还原效率的研究重点
。
对催化剂的制备和改性主要体现在阴极用的
CO2还原催化剂，目前催化剂的研究主要集中在本征催化上，对其电容性没有涉及
。
除对催化剂进行制备和改性之外，进行合理的反应体系设计同样可以强化
CO2的还原效率，现有系统结构针对强化
CO2传输主要包括光电化学燃料电池
、
间歇型光催化还原
CO2反应装置
、
流动电解池等
。
此外，流化目前主要应用在固体氧化物燃料电池和废水处理装置中，尚未应用于处理
CO2。
[0006]总的来说，传统固定式电化学还原气体系统主要存在以下缺点：
(1)
传质受限；反应底物主要以扩散为主，由于催化剂与催化剂之间
、
催化剂与阴极之间粘合剂存在的原因，存在传质能力受限的问题；
(2)
催化剂利用率低；传统固定式催化剂直接喷涂在阴极，反应只在界面进行，对催化剂还原催化活性位点利用有限，存在还原催化活性位点少，气体还原反应面积小和气体局部浓度低等缺点；
(3)
气体还原效率低；传统固定式反应会产生较多杂质，导致效率低
。

技术实现思路

[0007]因此，本技术实施例提供一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置，解决了抑制传质受限
、
催化剂利用率低
、
气体还原效率低的问题，采用可旋转叶片作为流化阴极的电子传导器，构建了光催化旋转式流化阴极系统，使催化剂强制与传导器碰撞，流动轨迹可控，增强了与传导器的碰撞概率，提高催化剂活性位点
。
[0008]本技术提供一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置，包括：
[0009]反应腔体，内部中空形成反应空间，反应腔体内部设置阳离子交换膜；阳离子交换膜将反应空间划分为阴极腔室与阳极腔室；
[0010]电子传导器，电子传导器固定在反应腔体靠近阴极腔室的一侧；
[0011]其中电子传导器包括叶片，叶片位于阴极腔室内部
。
[0012]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：采用光催化和旋转式流化阴极相结合的方式提供气体还原所需的电子；并在阴极腔室采用叶片作为电子传导器，同时可作为溶液扰动器的方式促使阴极催化剂
、
气体在腔室内流动，其在与电子传导器碰撞后，得到并储存电子后，继续流动释放电子与吸附在催化剂表面的气体结合，将气体还原为
C1
燃料，由此使催化剂强制与传导器碰撞，流动轨迹可控，增强了与传导器的碰撞概率，提高催化剂活性位点，从而进一步解决了催化剂利用率低
、
气体还原效率低
、
抑制传质受限的问题
。
[0013]在本技术的一个技术方案中，反应腔体为圆柱体；阳离子交换膜与反应腔体的底面平行；反应空间中，靠近底面的一侧为阴极腔室，远离底面的一侧为阳极腔室
。
[0014]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：当所述反应腔体为圆柱体时，叶片在阴极腔室内进行旋转，避免反应腔体内催化剂在某一处堆积，造成流通困难；同时当反应腔体为圆柱体时，叶片对反应腔体进行充分搅动，使反应腔体内物质进行充分混合，避免催化剂在反应腔体内闲置
。
[0015]在本技术的一个技术方案中，电子传导器包括：转动轴，转动轴能够使电子传导器的叶片执行以下动作的至少之一或其组合：旋转
、
翻转
、
滑动
。
[0016]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：转动轴能够使主动扰动器执行以下动作的至少之一或其组合：旋转
、
翻转
、
滑动，让催化剂颗粒进行流态化处理，让催化剂均匀分布在阴极腔内，提升有效反应面积，增强物质传输，同时转动轴采用运动轨迹可控的叶片作为电子传导器，电子传导器主动与催化剂周期性碰撞，提升催化剂与电子传导器的碰撞概率；并且可以依照催化剂数量调节旋转叶片的旋转速率，避免助催化剂闲置
。
[0017]在本技术的一个技术方案中，叶片为多孔网状叶片；和
/
或叶片材质为钛金属；和
/
或叶片数量为至少两片
。
[0018]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：叶片采用多孔网状叶片，可以使催化剂通过叶片的孔径，造成叶片堵塞；叶片材质为钛金属，可以将使溶液扰动器与传导器设置在一个设备上，在降低成本的同时，有效提高了传质效率；叶片数量为至少两片，叶片能够使催化剂在溶液中均匀地流动，提升气体还原能力，提高效率
。
[0019]在本技术的一个技术方案中，电子传导器包括，电机，电机与转动轴连接，电机为转动轴提供动力
。
[0020]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：电机为转动轴提供动力，转动轴使叶片的流动轨迹可控，增强了与电子传导器的碰撞概率，提高催化剂活性位点，从而进一步提高了催化剂利用率
。
[0021]在本技术的一个技术方案中，进气口，进气口嵌设在反应腔体上；排气口，排气口嵌设在反应腔体上
。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光催化旋转式流化阴极气体还原装置，其特征在于，包括：反应腔体
(1)
，内部中空形成反应空间，所述反应腔体
(1)
内部设置阳离子交换膜
(3)
；所述阳离子交换膜
(3)
将所述反应空间划分为阴极腔室
(13)
与阳极腔室
(12)
；电子传导器
(8)
，所述电子传导器
(8)
固定在所述反应腔体
(1)
靠近所述阴极腔室
(13)
的一侧；其中所述电子传导器
(8)
包括叶片
(11)
，所述叶片
(11)
位于所述阴极腔室
(13)
内部
。2.
根据权利要求1所述的光催化旋转式流化阴极气体还原装置，其特征在于，所述反应腔体
(1)
为圆柱体；所述阳离子交换膜
(3)
与所述反应腔体
(1)
的底面平行；所述反应空间中，靠近所述底面的一侧为所述阴极腔室
(13)
，远离所述底面的一侧为阳极腔室
(12)。3.
根据权利要求1所述的光催化旋转式流化阴极气体还原装置，其特征在于，所述电子传导器
(8)
包括：转动轴
(7)
，所述转动轴
(7)
能够使所述电子传导器
(8)
的所述叶片
(11)
执行以下动作的至少之一或其组合：旋转
、
翻转
、
滑动
。4.
根据权利要求1所述的光催化旋转式流化阴极气体还原装置，其特征在于，所述叶片
(11)
为多孔网状叶片
(11)
；和
/
或所述叶片
(11)
材质为钛金属；和
/
或所述叶片
(11)
数量为至少两片
。5.
根据权利要求3所述的光催化旋转式流化阴极气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李思源，张军，郑季历，张亚鹏，陈冬鹏，张志浩，王彩悦，李晓添，李涛，朱文迪，孟庆博，周子婷，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：新型
国别省市：