[发明专利]一种以光催化燃料电池为电源的光电催化反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种以TiO₂作为催化剂的光电催化反应器，尤其是涉及一种以光催化燃料电池为电源的光电催化反应器。

背景技术

水是人类和一切生物赖以生存的基本要素，也是保障工农业和维系自然生态健康必不可少的资源。水资源在自然界循环中总量保持不变，但其水质却发生复杂的变化，只有水质达到必要的要求时才能成为可以利用的水资源。随着人口的增加、工农业生产的发展及水环境污染程度的日趋严重，许多地区的可用水资源相继出现了危机，严重制约了社会、经济的发展。水危机及其所衍生的水质和生态问题不仅将严重束缚和制约经济发展，而且可能引发重大的社会和政治危机。因此，必须在充分节约用水的基础上，多方面开发非传统水源，以缓解因水资源紧张带来的一系列严重问题。

随着人口的增加、工农业生产的发展及水环境污染程度的日趋严重，许多地区的可用水资源相继出现了危机，严重制约了社会、经济的发展。污水回用是解决水资源危机的重要的、不可或缺的措施，也是一条成本低、见效快的有效途径。污水回用不但可以缓解水资源短缺问题，同时还可以减少污染排放，对改善水环境质量也具有重要的意义。近年来，各种新兴有机污染物在回用污水中被不断检出，给污水回用带来了一定的风险。然而传统处理手段对此类污染物质的去除并没有太大效果，如何去除这种物质就成为一个迫切需要解决的问题。

目前，利用TiO₂纳米材料作为光催化材料来去除水中的有机污染物的研究越来越多。研究发现TiO₂有无毒无害，对环境友好且便宜等特点，在水体的净化处理中都有巨大潜力。但是这种材料也有一些缺点限制它的广泛应用，其中一个缺点便是TiO₂的量子产率较低，这会限制它电子与空洞的交换速度，从而降低了它光催化降解有机污染物的速度，而这也大大影响了它作为一种新型催化材料的使用范围。最近，有研究表明在TiO₂光催化的过程中使用电压会大大地提高TiO₂的量子产率，这样就能加快TiO₂光催化降解有机污染物的过程。然而额外电压的使用势必会增加成本，这与节能减排的初衷不吻合。怎样在提高TiO₂量子产率的同时又能减少额外电能的使用成为了TiO₂光催化降解领域的一大热点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以光燃料电池为电源的光电催化反应器，该反应器由光催化燃料电池反应器A和光电催化反应器B通过导线和电阻相连接而成。该反应器既能保证TiO₂量子产率增加，又能减少额外电能的使用。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种以光催化燃料电池为电源的光电催化反应器，其特征在于该反应器由光催化燃料电池反应器A和光电催化反应器B通过导线6和电阻9相连接所制成，其中光催化燃料电池反应器A和光电催化反应器B，分别由一个石英玻璃槽2，在石英玻璃槽2的两个内侧面上各开两个凹形圆孔8，均分别以TiO₂纳米管作为阳极4，以铂片作为阴极5，在阳极4和阴极5的上端分别开有两个小圆孔，将两根塑料杆3分别穿过阳极4和阴极5上的两个小圆孔后，塑料杆3的两端分别插入石英玻璃槽2内侧面的凹形圆孔8中，使阳极4和阴极5悬挂在石英玻璃槽2内，石英玻璃槽2内装有电解液7，导线6的一端连接在光催化燃料电池反应器A的阳极4上，另一端连接在光电催化反应器B的阴极5上，另一根导线6的一段连接在光电催化燃料电池反应器A的阴极5上，通过电阻9后导线6再与光电催化反应器B的阳极4相连接，两个装有紫外灯1的竖型灯架分别放置在光催化燃料电池反应器A和光电催化反应器B的石英玻璃槽2的外侧面；其中，所述的光催化燃料电池反应器A的电解液7为0.05 mol/L 的乙酸和0.1 mol/L 的Na₂SO_4-，光电催化反应器B的电解液7为pH 4.5，0.01 mol/L的Na₂SO₄；所述的TiO₂纳米管阳极4的管径为90 nm，管长为600 nm，孔隙率为0.54 cm³/g，比表面积为 300 m²/g。

所述的紫外灯1功率为24 W，光强为2.0 mWcm^-2，波长为254 mm。

所述的TiO₂纳米管是通过以下方法制备得到：