[发明专利]一种一体化聚光太阳能光热协同催化反应装置

说明书

一种一体化聚光太阳能光热协同催化反应装置，包括聚光器与反应器，聚光器位于反应器上方，反应器内部设置输运‑汽化腔和反应‑分离腔，输运‑汽化腔和反应‑分离腔通过隔板隔开但顶部保持联通，输运‑汽化腔内部由上至下依次布置光热转化膜、多孔输运介质；反应‑分离腔内部由上至下依次布置为光热协同催化膜、多孔吸附介质；输运‑汽化腔和反应‑分离腔外侧设置有夹层壳体，夹层壳体为无顶结构，输运‑汽化腔和反应‑分离腔顶部设置有透明盖板，夹层壳体包含换热介质入口及换热介质出口、液相反应物入口、气相生成物出口。本发明能够利用聚光太阳能直接汽化液相反应物并驱动光热协同反应，并同步实现液相反应物自输运与气相生成物分离提纯。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种一体化聚光太阳能光热协同催化反应装置。

背景技术

太阳能资源储量丰富、绿色清洁、品位较高，是最有潜力的可再生能源之一。然而，由于太阳能具有能量密度低、空间分布不均、时间分布不均等特点，难以被直接高效利用。因此，开发合适的储存和转化太阳能的先进技术是解决太阳能利用难这一问题的关键。近年来，研究者发现将太阳能转化为化学能能够跨时间和空间高效存储和转化太阳能。然而，目前的光反应器往往需要外部能量对反应物进行预处理(如汽化、预热)、驱动反应发生、产物扩散(如搅拌，泵功)，因此能耗较高，太阳能利用率较低。同时，催化剂的吸光范围与太阳光光谱(200-2500nm)不匹配，只能单一出现光响应或者热响应，造成太阳能利用效率低，反应产率低等问题。除此之外，相关配套设备的存在，使得反应器整体集成度不高，增添了土地成本、生产成本和使用成本。因此，开发太阳能利用率高，反应产率高，能耗低，集成化高的光反应器是解决太阳能利用的有效途径之一。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种一体化聚光太阳能光热协同催化反应装置，以解决太阳能驱动化学反应系统中的高效利用太阳能问题以及系统结构复杂性问题，该装置能够利用聚光太阳能直接汽化液相反应物并驱动光热协同反应，并同步实现液相反应物自输运与气相生成物分离提纯。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种一体化聚光太阳能光热协同催化反应装置，包括聚光器1与反应器2，聚光器1位于反应器2上方，所述反应器2内部设置输运-汽化腔3和反应-分离腔4，所述输运-汽化腔3和反应-分离腔4通过隔板5隔开但顶部保持联通，所述输运-汽化腔3内部由上至下依次布置光热转化膜12、多孔输运介质13；反应-分离腔4内部由上至下依次布置为光热协同催化膜14、多孔吸附介质15；

所述输运-汽化腔3和反应-分离腔4外侧设置有夹层壳体8，夹层壳体8为无顶结构，所述输运-汽化腔3和反应-分离腔4顶部设置有透明盖板6，所述夹层壳体8包含换热介质入口9及换热介质出口16、液相反应物入口10、气相生成物出口17。

所述透明盖板6和夹层壳体8之间设置密封圈7。

所述聚光器1与反应器2之间具有空间匹配关系，用于使聚光光斑完全覆盖光热转化膜12和光热协同催化膜14，以驱动汽化与反应。

所述多孔输运介质13利用毛细效应自驱动向光热转化膜12供液，并具有隔热性能，以减少光热转化膜12热损耗。

所述光热转化膜12的光热转化效率在90％以上，用于将液相反应物高效汽化。

所述光热协同催化膜14为负载催化剂的多孔材料，所述光热协同催化膜14由负载有等离激元金属的光热协同催化剂18及基体材料19构成，对太阳光进行全光谱吸收，利用太阳光转化的热-光电子-热电子对气相反应物进行光热协同催化反应，以实现高效催化转化。

所述多孔吸附介质15为纳米级选择性吸附材料，位于光热协同催化膜14下方，以实现对目标产物的高效分离及纯化。