CN108786689B - 多通道光催化反应装置和光催化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多通道光催化反应装置，包括：一对支撑固定部，可转动地连接在一对支撑固定部之间的空心圆柱体，位于空心圆柱体内部的多根光催化管，以及位于空心圆柱体中心轴处的光源组件；其中，所述光催化管沿空心圆柱体内壁设置一周；所述支撑固定部上还分别设置有与每根光催化管相通的密封孔；所述光源组件与空心圆柱体可转动地连接。本发明还公开了一种光催化系统。本发明可实现多根光催化反应管之间的快速切换，适用于对光催化材料进行原位在线的快速筛选，适用于对材料光催化性能的研究。
Description
技术领域
本发明属于光催化技术领域，特别是涉及一种多通道光催化反应装置和光催化系统。
背景技术
随着大气环境污染的加剧，纳米光催化有害气体和净化技术成为目前国内外研究的一个热点。光催化技术具有操作简便、反应简单、高效节能等多项优势，有害气体降解产物以CO2等气体为主。光催化材料的选型常规方法，通常是将一种光催化材料配置成溶液或直接放置在玻璃试管中，经外部光源照射后进行催化，光催化产物再从玻璃试管中取出，进行检测来判断该材料是否具有光催化性能和光催化效果。
光催化材料直接放置玻璃试管中易在气体带动下造成位置移动，不利于光源的辐照；配置成溶液对试剂纯度要求非常高，且会带来环境二次污染。如果将各种光催化材料各自填充固定于石英玻璃管，将这些填充有不同光催化材料的石英玻璃管组装在一起，形成多通道光催化反应装置，对于某种有害气体或物质，可以顺序将其引入填充不同光催化材料的光催化反应管进行光催化反应，利用气相色谱仪检测其光催化反应产物，来判断不同光催化材料的催化效率，从而对光催化材料进行原位在线的快速筛选，适用于对材料光催化性能(机理)的研究。
发明内容
基于上述思想，本发明的目的在于提供一种多通道光催化反应装置，该装置可实现多根光催化反应管之间的快速切换，适用于对光催化材料进行原位在线的快速筛选，适用于对材料光催化性能(机理)的研究。
本发明的另一目的在于提供一种光催化系统。
本发明的上述目的是通过如下技术方案来实现的：
根据本发明的一个方面，一种多通道光催化反应装置，包括：一对支撑固定部，可转动地连接在一对支撑固定部之间的空心圆柱体，位于空心圆柱体内部的多根光催化管，以及位于空心圆柱体中心轴处的光源组件；其中，所述光催化管沿空心圆柱体内壁设置一周；所述支撑固定部上还分别设置有与每根光催化管相通的密封孔；所述光源组件与空心圆柱体可转动地连接。
根据本发明的另一个方面，提供的一种光催化系统，包括：上述的多通道光催化反应装置，以及气体密封装置，
所述气体密封装置包括：接头，位于其内部的可伸缩密封件，以及设置在接头一端的球体；所述接头具有第一通孔，该第一通孔的内壁沿径向向内侧延伸出环形凸台，所述可伸缩密封件的一端抵靠在环形凸台上，另一端抵靠在球体的外壁上；所述球体设置有与所述第一通孔连通的中心孔，所述球体的外径大于所述第一通孔和第二通孔的孔径，所述中心孔的孔径小于所述可伸缩密封件的外径，
其中，所述气体密封装置匹配安装在多通道光催化反应装置的密封孔内，且球体位于所述支撑固定部的内侧，
所述空心圆柱体的端面上设置有与光催化管以及密封孔相通的第二通孔，空心圆柱体旋转至球体的部分弧面进入所述第二通孔，使得可伸缩密封件处于未压缩状态，所述第一通孔与所述中心孔连通，空心圆柱体旋转至所述球体的部分弧面离开所述第二通孔，使得球体压缩可伸缩密封件，使得所述接头的所述第一通孔与球体的所述中心孔不连通。
有益效果：
本发明多通道光催化反应装置通过空心圆柱体与支撑固定部的组装及配合，可实现多根光催化管之间的快速切换，快速筛选，适用于对材料的光催化性能的研究。
本发明光催化系统结构简单，使用方便，无需对光催化材料进行前处理，不引入其它试剂，方便了正常稳定的进行材料的光催化反应，有助于光催化的研究和实现的有效进行，提高了检测结果的准确性，提高了工作效率。
该系统引入气体密封装置保证了气体通入或者输出时的密封性，可实现单气路多管道中的气体进样，避免了进样的污染与损失，同时，也可实现对多管路气进样时进行快速转换，实现了多通道光催化反应装置中气体进入到光催化管中的密封性和快速切换性，方便了达到原位在线光催化的研究。
该系统引入自吸式进样装置，使得光催化后产品通过载气自吸式装置直接引入到气相色谱仪中，完成自动进样检测，无需二次采样，避免了产品的污染与损失。
附图说明
图1是本发明多通道光催化反应装置的结构示意图；
图2是图1的A-A处的剖面图；
图3是本发明光催化系统中可选实施例的结构示意图；
图4是本发明光催化系统中气体密封装置进样时的结构示意图；
图5是图4的右视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述：
图1、2示出了本发明多通道光催化反应装置的结构示意图，如图1、2所示，本发明提供的多通道光催化反应装置，包括：一对支撑固定部110，可转动地连接在一对支撑固定部110之间的空心圆柱体120，位于空心圆柱体120内部的多根光催化管130，以及位于空心圆柱体120中心轴处的光源组件，其中，所述光催化管130沿空心圆柱体120内壁均匀设置一周，所述支撑固定部110上还分别设置有与每根光催化管130相通的密封孔111；所述光源组件与空心圆柱体120可转动地连接。
应用本发明多通道光催化反应装置进行光催化反应时，旋转空心圆柱体120，空心圆柱体120带动光催化管130相对于支撑固定部110以及光源组件转动，从而可以选择其中的光催化管130来进行光催化反应。
在一个可选实施例中，所述空心圆柱体120的两个端面的中心处分别设置有轴承孔，轴承孔中固定安装有轴承121。光源组件的两端分别通过连接杆141穿过轴承121与支撑固定部110连接。更优选地，连接杆141通过螺纹连接在光源组件的两端。
优选地，空心圆柱体120为聚四氟乙烯或不锈钢材质，起到支撑、固定以及密封的作用。
在一个可选实施例中，支撑固定部110上还分别设置有圆形凹槽112，所述空心圆柱体120的两个端部分别位于两个圆形凹槽112内。
优选地，空心圆柱体120的外壁与圆形凹槽112的侧壁之间设置有转动件150。更优选地，转动件150可以沿圆形凹槽112侧壁设置两周。转动件150可以是直径为10mm的滚珠或滚柱。
优选地，所述支撑固定部110为不锈钢材质。
在一个可选实施例中，所述空心圆柱体120侧面的内壁上还设置有镜面，以使光源发出的光从不同角度充分地照射光催化管130。可以采用例如粘贴的方式，也可以采用例如铆接、焊接等常规安装方式。
在一个可选实施例中，光催化管130通过光催化管固定件131固定在空心圆柱体120的两个端面上，所述光催化管固定件131上设置有与光催化管130以及密封孔111相通的第二通孔132。优选地，所述第二通孔132为喇叭状。更优选地，通孔132的倾斜度为30°，小口径为5mm，大孔径为7mm。
优选地，空心圆柱体120的两个端面上设置有固定孔，所述光催化管固定件131匹配固定在固定孔中。
在一个可选实施例中，光源组件包括：光源和中空柱形的底座140，底座140侧面设置有光源口142，光源置于底座140内部，经光源口142发出光能。
优选地，光源口142设置在底座140侧面的中间位置。更优选地，光源口142是在底座140的上侧面上的矩形切面。优选地，该矩形切面长为100mm，宽为20mm。
优选地，底座140为中空圆柱形，其中，底座140两个底面中心处设置有螺纹孔，连接杆141的一端设置有螺纹，通过螺纹，连接杆141与底座140连接起来。
在一个可选实施例中，光源组件中的底座140为中空圆柱形，直径可以为40mm～80mm，优选为40mm，长度为130mm；底座140两端螺纹孔孔径为8mm，连接杆141为空心圆杆，外径为8mm，内径为5mm，长度为47mm。
空心圆柱体120的内径可以为125mm～165mm，例如，优选为125mm，外径为135mm；长度可以为100mm～300mm，优选130mm～210mm，具体为140mm。空心圆柱体120的端面厚度为5mm，轴承孔直径为16mm，轴承121为微型轴承，轴承121的外圈直径为16mm，内圈直径为8mm。
支撑固定部110为带凹槽112的圆柱体，圆柱体长度为45.4mm，直径为120mm～200mm，优选175mm，凹槽112的直径为106mm～170mm，优选155mm，凹槽112的槽深20mm，在该实施例中，支撑固定部110上还设置有连接孔，孔径为8mm，连接杆141从连接孔中穿过与支撑固定部110连接。
连接杆141的一端通过螺纹与底座140连接起来，另一端穿过轴承121内圈，并穿过支撑固定部110的连接孔，使得底座与支撑固定部110连接。
光催化管130沿空心圆柱体120内壁均匀设置3根～12根，优选为6根，光催化管130长度为80mm～120mm，优选100mm，直径7mm，内径5mm。
光催化管固定件131通过接头管件133与光催化管130连接，光催化管固定件131与接头管件133均为管状结构，光催化管固定件131长度为15mm，直径为20mm；接头管件133长度为5mm，直径为9.5mm，圆孔直径为7.1mm。
图3-5示出了本发明光催化系统的结构示意图，如图3-5所示，本发明提供的一种光催化系统，包括：上述的多通道光催化反应装置100和气体密封装置200，所述气体密封装置200，如图4、5所示，包括：接头210，位于其内部的可伸缩密封件220，以及设置在接头210一端的球体230；其中，
所述接头210具有沿轴向的第一通孔，第一通孔的内壁沿径向向内侧延伸出的环形凸台211，所述可伸缩密封件220的一端抵靠在环形凸台211上，另一端抵靠在球体230的外壁上。
所述球体230的直径大于第二通孔132的孔径和接头的第一通孔的孔径。球体230设置有与所述第一通孔连通的中心孔231，所述中心孔231的孔径小于所述可伸缩密封件220的外径。
当可伸缩密封件220处于未压缩状态时，如图4所示，球体230的中心孔与接头210的第一通孔连通。当可伸缩密封件220处于压缩状态时，球体230的中心孔与接头210的第一通孔不连通。
所述气体密封装置200匹配安装在多通道光催化反应装置100的密封孔111内，且球体230位于支撑固定部110的内侧。
所述空心圆柱体的端面上设置有与光催化管以及密封孔相通的第二通孔132。当空心圆柱体带动光催化管130旋转至球体嵌入在光催化管固定件131上的第二通孔132上时，球体230的中心孔与接头210的第一通孔连通。当空心圆柱体带动光催化管130旋转至球体离开光催化管固定件131上的第二通孔132时，空心圆柱体的端面抵靠球体230，使得球体230向可伸缩密封件220方向移动，从而压缩可伸缩密封件220，使得接头210的第一通孔与球体230的中心孔231不连通。
在一个可选实施例中，所述光催化系统如图3所示，还包括自吸式进样装置300，所述自吸式进样装置300包括自吸管310和套在该自吸管310上的自吸套管320，自吸套管320上设置有载气接入口330，用于通入载气；所述自吸式进样装置的一端通过自吸管310与光催化管130输出端的气体密封装置的接头210连接，自吸式进样装置靠向气体密封装置的一端，自吸套管320与自吸管310之间的空间封闭；所述自吸式进样装置的另一端通过自吸套管320与气相色谱仪400的进样口连接。
所述光催化管130输入端的气体密封装置200通过接头210与样品气体装置(图中未示出)连接。
在应用本发明多通道智能筛选光催化系统进行催化进样检测时，样品气体装置中的气体从光催化管130一侧的气体密封装置进入到光催化管130中，在光催化管130中进行光催化反应，当光催化反应完成或达到试验要求的程度后，从光催化管130另一侧的气体密封装置输出，自吸式进样装置300的载气接入口330通入载气，自吸管310靠向气相色谱仪400的一端产生负压，在负压作用下，光催化反应产物从光催化管130输出端经气体密封装置200自动进样到气相色谱仪400的进样口，以进行分析检测，从而完成在线催化检测。
在一个可选实施例中，光催化管130的两端通过光催化管固定件131固定在空心圆柱体120的两个端面上，光催化管固定件131上设置有与光催化管130以及密封孔111相通的第二通孔132，通气体时，气体密封装置的所述球体230部分嵌在所述第二通孔132中。优选地，光催化管固定件131还包括控制阀，用于控制光催化管进样口和出样口的开关。
在一个可选实施例中，所述自吸式进样装置的自吸管310还可以通过输出管340与气体密封装置200连通，在输出管340上可以设置有定量管和定量环，用于计量进入气相色谱仪的光催化反应产物。
在一个可选实施例中，接头210是由螺母与不锈钢空心圆柱体120连接而成。优选地，螺母的内径为7mm，长度为10mm；不锈钢空心圆柱体120长度为14mm，外径为9mm，内径为8.1mm；环形结构形成的孔的孔径可以为4mm～8mm，优选为4mm。
在一个可选实施例中，可伸缩密封件220包括弹簧、以及套装在弹簧外部的中空褶皱圆柱体。
在一个可选实施例中，可伸缩密封件220的一端固定在所述环形凸台211上，另一端固定在所述球体230的外壁上。
优选地，所述中空褶皱圆柱体为聚酰胺或聚氯乙烯材质。所述中空褶皱圆柱体可以为：长度12mm，外径3mm～8mm，优选6mm，内径3mm。所述弹簧的长度为12mm，劲度系数为0.04852N/mm～0.07198N/mm，具体优选为0.07198N/mm。
在一个可选实施例中，球体230为不锈钢材质。球体230直径为8mm。优选地，球体230的中心孔231的孔径与可伸缩密封件220的内径相同，优选为3mm。
在一个可选实施例中，在自吸式进样装置与气相色谱仪400连接的一端，自吸管310管口位于自吸套管320内，自吸套管320比自吸管310长出1～2mm。优选地，自吸管310的直径可以为0.5mm～2.0mm，自吸套管320的直径可以为1.0mm～2.5mm。更优选地，自吸管310的直径为1.5mm，自吸套管320的直径为1.8mm。
Claims (10)
1.一种光催化系统，其特征在于，包括多通道光催化反应装置和气体密封装置，
所述多通道光催化反应装置，包括：一对支撑固定部，可转动地连接在一对支撑固定部之间的空心圆柱体，位于空心圆柱体内部的多根光催化管，以及位于空心圆柱体中心轴处的光源组件；其中，所述光催化管沿空心圆柱体内壁设置一周；所述支撑固定部设置有圆形凹槽，空心圆柱体两个端部分别位于两圆形凹槽内，所述支撑固定部上还分别设置有与每根光催化管相通的密封孔；所述空心圆柱体的端面上设置有与光催化管及密封孔相通的第二通孔；所述光源组件与空心圆柱体可转动地连接，通过旋转空心圆柱体，使得所述空心圆柱体带动光催化管相对于支撑固定部和光源组件转动；
所述气体密封装置匹配安装在密封孔内，包括：接头，位于其内部的可伸缩密封件，以及设置在接头一端的具有中心孔的球体；所述接头具有第一通孔，第一通孔的内壁沿径向向内侧延伸出环形凸台，可伸缩密封件的一端固定在环形凸台上，另一端固定在球体的外壁上，所述球体位于支撑固定部的内侧；当空心圆柱体旋转至球体嵌入第二通孔时，可伸缩密封件处于未压缩状态，第一通孔与中心孔连通；当空心圆柱体旋转至球体离开第二通孔时，空心圆柱体的端面抵靠球体，使得球体向可伸缩密封件方向移动并压缩可伸缩密封件，第一通孔与球体的中心孔不连通。
2.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述空心圆柱体的两个端面的中心处分别设置有轴承孔，轴承孔中固定安装有轴承，光源组件的两端分别通过连接杆穿过轴承与支撑固定部连接。
3.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述空心圆柱体为聚四氟乙烯或不锈钢材质。
4.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述空心圆柱体的外壁与圆形凹槽的侧壁之间设置有转动件。
5.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述空心圆柱体侧面的内壁上还设有镜面。
6.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述光催化管通过光催化管固定件固定在空心圆柱体的两个端面上，在所述光催化管固定件上设置有所述与光催化管以及密封孔相通的第二通孔。
7.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，所述光源组件包括：光源和中空柱形的底座，底座侧面设置有光源口，光源置于底座内部，经光源口发出光能。
8.如权利要求1所述的光催化系统，其特征在于，包括：所述球体的外径大于所述第一通孔和第二通孔的孔径，所述中心孔的孔径小于所述可伸缩密封件的外径。
9.如权利要求8所述的光催化系统，其特征在于，所述光催化系统还包括自吸式进样装置，所述自吸式进样装置包括自吸管和套在该自吸管上的自吸套管，自吸套管上设置有载气接入口；所述自吸式进样装置的一端通过自吸管与光催化管输出端的气体密封装置的接头连接，所述自吸式进样装置的另一端通过自吸套管与气相色谱仪的进样口连接，在自吸式进样装置与气体密封装置连接的一端，自吸套管与自吸管之间的空间封闭。
10.如权利要求9所述的光催化系统，其特征在于，所述光催化管的两端通过光催化管固定件固定在空心圆柱体的两个端面上，所述第二通孔设置在光催化管固定件上。
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