[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

说明书

本发明公开了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，该系统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，光催化反应装置用于光催化反应和检测产物气体产生的量，洗脱装置用于洗脱光催化剂自身携带的水，水蒸气提供装置为光催化反提供水蒸气原料气体，排空管用于排出水蒸气提供装置自身携带的氧气。该系统结构简单，操作方便。该方法基于所述的系统，简单易行，能确定光催化反应中光催化剂吸附水量的最佳值，使光催化反应能够以最佳的反应活性和量子效率进行。

技术领域

本发明涉及光催化反应技术领域，具体涉及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。

背景技术

21世纪，能源问题已经成为了人类发展道路上的一个重大挑战。煤炭、石油等传统不可再生能源不仅仅存在污染的问题，而且能源枯竭的问题迫在眉睫。

光催化技术能够把CO₂还原为CH₄，把水分解为H₂和O₂，有效地把太阳能转化为化学能，为人类提供清洁的能源燃料，因此光催化技术吸引了广大科研工作者的极大兴趣。但是，目前光催化反应的量子效率比较低(目前已知最高的光催化反应的量子效率仅仅能达到1％)，这严重限制了光催化反应的应用。

通过我们的研究发现，光催化剂上面吸附水的量会影响光催化剂的反应活性和量子效率。当水的吸附量在某个最佳值的时候，光催化剂有最佳的反应活性和量子效率；当水的吸附量偏离最佳值的时候，光催化剂的反应活性和量子效率相比于最佳值有所下降，因此，亟需研发一种能够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。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提供了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，该系统结构简单，操作方便，用于确定光催化反应中光催化剂吸附水量的最佳值。

该方法基于所述的系统，简单易行，能确定光催化反应中光催化剂吸附水量的最佳值。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

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，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。

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。

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。

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。

所述的加热器为水浴加热器，盛水容器位于水浴加热器中。

一种确定光催化反应中光催化剂吸附水量的最佳值的方法，包括如下步骤：