一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置及方法。该装置包括包含污染物溶液的反应容器；用于光照时装载所述反应容器的光照支架；用于测量时装载所述反应容器的测量支架；其中所述光照支架具有第一开口，用于光照时使光照光束通过该第一开口入射到薄膜光催化剂；所述测量支架具有第二和第三开口，用于测量时使测量光束从第二开口入射到污染物溶液并从第三开口射出。采用本发明专利技术的装置和方法无需中途取液，同时减少了溶液的蒸发，从而有效提高测试光催化性能的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化领域，尤其是用于原位测量评价光催化剂性能的装置及方法。
技术介绍
水、空气和土壤中残留的有机污染物引起的环境问题越来越受到人们的广泛关 注。利用太阳光降解/矿化有机污染物，即光催化技术，具有能耗低、清洁、无二次污染等优 点，被看作是一种理想的环境治理技术。通常，光催化剂包括粉末催化剂和薄膜催化剂两种 形式。测量催化剂的光催化性能的实验方法是将催化剂加入到含有污染物溶液的容器中不 断搅拌并进行光照，每间隔一定的时间取液，用紫外可见分光光度计测定样品的吸光度，以 确定污染物的降解率。然而，利用上述方法测量薄膜催化剂时存在以下问题由于间隔一段 时间就需要取出一部分，所以使得剩余的本体溶液越来越少，并且剩余溶液中催化剂的相 对浓度随着取样次数的增加而变大，此外，当薄膜催化剂的用量较小时，本体溶液的体积也 需要相对较小以便于评价薄膜催化剂的性能，这样就会使得取样次数变少，从而不能正确 地评价催化剂的光催化性能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的问题，提供一种准确性高且易 操作的用于原位测量评价光催化剂性能的装置及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的根据本专利技术的一个方面，提供一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置，包 括包含污染物溶液和载有薄膜光催化剂的基体的反应容器；用于光照时装载所述反应容器的光照支架；用于测量时装载所述反应容器的测量支架；其中所述光照支架和测量支架各自具有开口，以使光照光束或测量光束从各自的 开口中通过。在上述技术方案中，所述光照支架具有第一开口，用于使光照光束通过该第一开 口入射到薄膜光催化剂；所述测量支架具有第二开口和第三开口，用于使测量光束从所述 第二开口入射到污染物溶液并从所述第三开口射出。在上述技术方案中，还包括设置在反应容器中的固定部件，用于固定所述载有薄 膜光催化剂的基体。在上述技术方案中，还包括用于所述反应容器的顶盖。在上述技术方案中，所述光照支架还包括冷却部件。在上述技术方案中，所述光照支架和测量支架一体制成。根据本专利技术的另一个方面，提供一种采用上述装置的用于原位测量评价光催化剂 性能的方法，包括以下步骤1)插入包含污染物溶液和载有薄膜光催化剂的基体的反应容器到光照支架中；2)光照完毕后将所述反应容器从所述光照支架中取出，并将其插入到测量支架中，然后将该测量支架放入紫外可见分光光度计或光声光谱仪中，测量污染物溶液的吸光 度；3)取出所述反应容器，重复步骤1)和步骤2)，直到完成降解度曲线。在上述技术方案中，所述步骤1)还包括通过固定部件将所述载有薄膜光催化剂 的基体固定在反应容器中。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1.没有中途取液的步骤，简化了工艺步骤，操作更简单；2.减少了溶液在光照中的蒸发，有利于测量的准确性。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图Ia和图Ib分别为根据本专利技术的实施例的反应容器的立体图和剖面图；图2为根据本专利技术的实施例的光照支架的立体图；图3为根据本专利技术的实施例的测量支架的立体图；图4为根据本专利技术的实施例的光照测量一体支架的立体图；图5a和图5b分别为根据本专利技术的另一实施例的光照支架的立体图和剖面图；图6为根据本专利技术的实施例的顶盖的立体图。具体实施例方式本专利技术提供一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置，该装置包括装有污染物 溶液的反应容器、图2所示的光照时使用的光照支架和图3所示的测量时使用的测量支架。 优选地，该反应容器可以进一步包括图Ia和图Ib中所示的用于固定载有薄膜光催化剂的 基体的固定部件。当然，对于本领域技术普通技术人员应该理解，上述装置需要与用于实现 测量光催化性能所需的其他部件，比如紫外可见分光光度计或光声光谱仪、磁力搅拌器、搅 拌子、光照光源等连用，而在此不再对它们详细说明。具体地说，图Ia和图Ib分别为本专利技术的实施例的反应容器的立体图和剖面图。为 了方便，将该反应容器其中一对相对面A、C称为辐照面，而将另一对相对面B、D称为测量 面。在该反应容器内具有用于固定载有薄膜光催化剂的基体的固定部件，优选地，该固定部 件包括两个对称设置的呈“L”型的挡板E和支撑台F(在剖面图中只示出其中一个)。使用 时，将载有薄膜光催化剂的基体基本上竖直的方式放置在支撑台F上，使薄膜面向反应容 器的辐照面A或C。可选地，由于诸如硅片或玻璃片的基体一般密度比溶液大，可以直接将 薄膜靠在侧壁上。优选地，在支撑台F的下方，即支撑台F和反应容器底面之间，留出可以 放置搅拌子的空间，以在光照时将搅拌子放置其中，并连同下文将提到的装载有该反应容 器的光照支架放置在磁力搅拌器上，以搅拌溶液使其更均勻。图2为本专利技术的实施例的光照支架的立体图。该光照支架大体为长方体，用于光 照时装载反应容器。在该光照支架的一个侧壁C2上设置有第一开口，以使光照薄膜光催化 剂时，由光照光源发出的光束(即光照光束)经过该第一开口入射到薄膜上。当将图1的反应容器插入到该光照支架时，应使反应容器的薄膜所面向的那个辐照面对应于设置有第 一开口的侧壁插入，从而使光照光束经过第一开口入射到薄膜上。对于本领域普通技术人 员来说应该理解，还可以将第一开口设置在除侧壁C2外的光照支架的其他侧壁上。图3为本专利技术的实施例的测量支架的立体图。该测量支架大体为长方体，用于测 量时装载反应容器。在测量支架的一对相对的侧壁B3和D3上分别设置第二开口和第三开 口，以当由测量光源发出的光束(即测量光束)光照污染物溶液时，使测量光束经过第二开 口入射到污染物溶液，然后从第三开口中射出，实现对溶液的吸光度测量。当将图1中的反 应容器插入到该测量支架中，反应容器的测量面B或D对应于侧壁B3插入。在本专利技术的其 他实施例中，第二和第三开口还可以设置在测量支架的另一对相对的侧壁A3和C3上，然 而需要注意的是，此时应在不能使测量光束照射到薄膜或基体的情况下定位第二和第三开 口，从而实现测量溶液吸光度的目的。对于本领域普通技术人员来说应该理解，还可以将第 二开口设置在侧壁D3上，而将第三开口设置在侧壁B3上。在上述技术方案中，光照支架、测量支架的构造仅为示例，对于本领域普通技术人 员应该理解，具有使光照光束通过的开口的光照支架，以及具有使测量光束通过的开口的 测量支架均可以实现本专利技术的目的。作为本专利技术的另一种改进，光照支架还包括冷却部件。如图5a和图5b所示，它们 分别为本专利技术的另一实施例的光照支架的立体图和剖面图，其中冷却部件包括出水柱1、进 水柱2以及设置在壁中的空腔3，通过在空腔中通入冷却水可控制反应容器中溶液的温度， 从而避免光照引起反应体系温度的波动对催化剂性能的影响和尽量避免溶液的蒸发。作为本专利技术的再一种改进，还可以在反应容器上配以顶盖，以进一步减少反应容 器中溶液的蒸发。进一步，在顶盖上设置通气孔或如图6所示的通气管，以实现气体补充， 这尤其适用于需要氧气的光催化反应。根据上述用于原位测量评价光催化剂性能的装置，提供一种原位测量评价光催化 性能的方法，包括以下步骤1)将载有TiO2薄膜光催化剂的基体置于图1所示的反应容器的支撑台F上，使薄 膜朝向反应容器的辐照面A，然后在反应容器中加入7mL 3 X ICT5M亚甲基兰溶液，并放入搅 拌子；将反应容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置，包括：包含污染物溶液和载有薄膜光催化剂的基体的反应容器；用于光照时装载所述反应容器的光照支架；用于测量时装载所述反应容器的测量支架；其中所述光照支架和测量支架各自具有开口，以使光照光束或测量光束从各自的开口中通过。

【技术特征摘要】
一种用于原位测量评价光催化剂性能的装置，包括包含污染物溶液和载有薄膜光催化剂的基体的反应容器；用于光照时装载所述反应容器的光照支架；用于测量时装载所述反应容器的测量支架；其中所述光照支架和测量支架各自具有开口，以使光照光束或测量光束从各自的开口中通过。2.根据权利要求1所述的用于原位测量评价光催化剂性能的装置，其特征在于，所述 光照支架具有第一开口，用于使光照光束通过该第一开口入射到薄膜光催化剂；所述测量 支架具有第二开口和第三开口，用于使测量光束从所述第二开口入射到污染物溶液并从所 述第三开口射出。3.根据权利要求2所述的用于原位测量评价光催化剂性能的装置，其特征在于，所述 第一开口设置在所述光照支架的一个侧壁上，所述第二开口和第三开口分别设置在所述测 量支架的一对相对的侧壁上。4.根据权利要求1所述的用于原位测量评价光催化剂性能的装置，还包括设置在反应 容器中的固定部件，用于固定所述载有薄膜光催化剂的基体。5.根据权利要求1所述的用于原位测量评价光催化剂性能的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，范玉尊，邓明晖，李冬梅，罗艳红，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]