[实用新型]一种光固氮催化反应器

说明书

本实用新型涉及一种用于光固氮催化反应器，包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N₂进气系统，N₂流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N₂出气系统。所述光源部分，机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N₂通过流量控制系统进入到反应主体装置中，由主体装置底部逐渐扩散至顶部通过N₂出气系统溢出，整个体系通过循环水控温系统维持体系温度恒定，本光固氮催化反应器结构合理、传质效率高、光固氮催化效率高。

技术领域

本实用新型属于氮气催化转化技术领域，具体涉及光固氮催化反应器。

背景技术

氨是一种重要的化工产品，在国民经济生产中占据重要地位。氨常被用于生产农业化肥，用作化工中间体合成高附加值化工产品，生产硝酸及含氮无机盐。由于氨的使用量大、用途广泛致使氨的生产处于严重供不应求的状况。

目前我们所熟知的氨的合成途径主要有生物固氮和人工固氮两种。在自然界中，如豆科植物能够借助自身特殊结构进行生物固氮，具有重要的科研启发。因此，自从1909年德国科学家Haber、Bosch和Mittaseh等发明哈珀氨合成法以来，人工固氮研究一直处于研究热点。但一个世纪以来合成氨的工业方法未有太大改观，由于哈珀氨合成反应对条件反应条件要求极高（反应需在高温高压下进行，而且此反应受动力学限制）。这一过程需要较高成本，耗能也非常严重。而理想的合成氨途径为利用水和空气中的氮为原料，在常温常压下利用太阳光的激发能即能完成反应。

1972年日本科学家Fujishima和Honda利用太阳光激发TiO₂进行水分解产生氢气和氧气，这篇报道立刻引起广泛关注。光催化氧化技术具有条件温和（常温常压下可进行反应），耗能低，催化效率高等特点，因此光催化技术用于氮气固定催化转化具有很好的应用前景。

目前光催化气体转化的催化剂反应装置多是利用气体分析仪检测其含量的变化，并以差值作为评价催化剂性能的关键指标。这种检测方法由于气体极易扩散的性质很难精准测出实验数据，导致实验误差增大。本装置采用液相产物检测， N₂通入甲醇水溶液中进行光催化反应，一方面溶解在水溶液中方便检测，误差减少。另一方面，甲醇捕获空穴，提高光催化活性，且能提高N₂转化效率。

传统的光催化反应器也存在一定的缺陷，如光照面积有限、光利用率较低、光照强度不均匀等。因而对于N₂的催化转化效率较低，不利于调控各种影响因素等。所以，借鉴传统气固相催化装置，光固氮催化反应器需要解决上述诸多问题。

实用新型内容

本实用新型充分考虑上述技术上存在的不足之处，设计了一种结构合理、催化转化效率高的光固氮催化反应器。

本实用新型采用以下技术方案：

一种光固氮催化反应器，包括光催化反应主体装置，光源部分，机械搅拌部分，N₂进气系统，N₂流量控制系统，循环水控温系统，取样口和N₂出气系统；所述光源部分、机械搅拌部分和取样口均在光催化反应主体装置中，N₂流量控制系统与光催化反应主体装置连接；N₂进气系统、N₂流量控制系统、N₂出气系统与所述光催化反应主体装置连接。

上述的光固氮催化反应器，优选的，所述机械搅拌部分位于光催化反应主体装置底部。

上述的光固氮催化反应器，优选的，N₂出气系统内部安装有过滤膜，所述过滤膜仅允许过量N₂溢出。

上述的光固氮催化反应器，优选的，所述机械搅拌部分包括搅拌风叶，所述搅拌风叶为6个橄榄形A型搅拌子拼凑而成。