[发明专利]一种确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统和方法

权利要求书

1.一种确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于：包括光催化反应装置、洗脱装置、水蒸气提供装置、排空管和三通阀门，三通阀门具有第一接口、第二接口和第三接口，水蒸气提供装置包括第一气瓶、第一气体质量流量计、盛水容器、加热器、第一通气管和第一出气管，盛水容器上设有进气口和出气口，盛水容器内装有去离子水，去离子水的液面位于进气口和出气口的下方，盛水容器通过加热器进行加热，第一通气管的一端与第一气瓶连接，另一端穿过进气口并位于去离子水的液面以下，第一气体质量流量计安装于第一通气管上，第一出气管的一端与出气口连接，另一端与第一接口连接，洗脱装置包括第二气瓶、第二气体质量流量计和第二通气管，第二通气管的一端与第二气瓶连接，第二气体质量流量计安装于第二通气管上，光催化反应装置包括光催化反应器、温度控制装置、气体检测器、第三通气管和第二出气管，光催化反应器与温度控制装置连接，第三通气管的一端与第二接口连接，另一端与光催化反应器入口连通，第二通气管的另一端与第三通气管连通，第二出气管的一端与光催化反应器出口连通，另一端与气体检测器连接，排空管与第三接口连接。

2.根据权利要求1所述的确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于：所述的洗脱装置还包括二通阀门，二通阀门安装于第二通气管上，第二气体质量流量计和二通阀门沿着第二通气管中气体流动的方向依次布设。

3.根据权利要求1所述的确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于：所述的温度控制装置包括循环水套、循环水管路和循环水仪，循环水仪通过循环水管路与循环水套连接，光催化反应器与循环水套连接。

4.根据权利要求3所述的确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于：光催化反应装置还包括光源，光催化剂反应器的顶部为石英盖，光源位于光催化反应器的正上方，循环水套包覆于光催化反应器的外壁上。

5.根据权利要求1所述的确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于：所述的加热器为水浴加热器，盛水容器位于水浴加热器中。

6.根据权利要求1所述的确定光催化反应中单位光催化剂吸附水量的最佳值的系统，其特征在于，该系统的使用方法包括如下步骤：

6.1、将光催化剂均匀的分散在光催化反应器的底部上；

6.2、关闭三通阀门的第一接口、第二接口和第三接口，打开第二气瓶和第二气体质量流量计，持续向光催化反应器中通入高压气体，直至吸附在光催化剂表面上的水被高压气体冲洗脱附完全，关闭第二气瓶和第二气体质量流量计；

6.3、打开第一接口、第三接口、加热器、第一气瓶和第一气体质量流量计，调节加热器的温度加热盛水容器，使盛水容器产生水蒸气，持续向盛水容器中通入高压气体，直至完全去除去离子水中的氧气；

6.4、关闭第三接口，打开第二接口、温度控制装置和光催化反应器出口处的阀门，调节温度控制装置的温度小于0℃，向光催化反应器中通入高压气体2s后，关闭第二接口，打开第三接口和光催化反应器，调节温度控制装置的温度至室温，光催化反应完全后，打开气体检测器、第二气瓶、第二气体质量流量计以及光催化反应器出口处的阀门，检测光催化反应的产物气体产生的量；

6.5、重复步骤6.4 N-1次，N为正整数，分别向光催化反应器中通入高压气体4s、8s、16s、2^Ns，检测N次光催化反应的产物气体的量，产物气体最多时通入高压气体的时间为高压气体最佳的通入时间；

6.6根据高压气体最佳的通入时间按照如下的公式算出单位催化剂吸附水量的最佳值：

n=P×L×t/（R×T×M），

其中，n是单位催化剂吸附水量的最佳值，单位是μmol/g；P为在盛水容器在水浴加热器调控的温度下的水的饱和蒸汽压，单位是Pa；L为通过盛水容器的高压气体的流速，单位是mL/s；t为通过盛水容器的高压气体的时间，单位是s；R为摩尔气体常数；T为水浴加热器调控的盛水容器的开尔文温度，单位是K；M是催化剂的质量，单位是g。