本申請涉及光催化，尤其涉及一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、利用太陽光或人造光源等的光催化分解水產(chǎn)氫因其綠色環(huán)保和一次能源的性質(zhì)受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是獲得綠色氫能的理想方式之一。自1972年發(fā)現(xiàn)“本多-藤島效應(yīng)”以來，人們通常采用液固模式進(jìn)行光催化產(chǎn)氫研究，致力于對催化劑形貌、能帶結(jié)構(gòu)及光生載流子分離效率等進(jìn)行改進(jìn)，但截至目前，光催化效率依然較低，特別是在液固模式下進(jìn)行光催化分解水，對水質(zhì)要求較高，通常需要使用價格較高的去離子水(150元/噸)進(jìn)行反應(yīng)，不能直接將催化劑分散到海水、湖水及二次出水等一些存量大、價格低廉的水源中。

2、這是因為這些價格低廉的水源中含有大量離子、有機(jī)物、微生物等會與催化劑和光生載流子直接作用，極大降低反應(yīng)活性。多數(shù)光催化劑還需要添加犧牲試劑等以保持高活性和高穩(wěn)定性。另外，催化劑長時間在水中反應(yīng)還會使得其中一部分離子洗脫至水中，降低反應(yīng)活性。加入犧牲試劑的水也不能回收重新利用，浪費(fèi)了水資源。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請的目的在于提出一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置及方法，以解決光催化分解水產(chǎn)氫浪費(fèi)水資源和對水質(zhì)要求高的問題。

2、基于上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，包括：反應(yīng)基板、反應(yīng)器和環(huán)境控制器；

3、所述反應(yīng)器為封閉的用以容納水的空腔結(jié)構(gòu)，包括透明面板，以使光源發(fā)射的光進(jìn)入所述反應(yīng)器內(nèi)；所述反應(yīng)基板用以涂覆催化劑，且位于所述反應(yīng)器內(nèi)；所述環(huán)境控制器與所述反應(yīng)器的內(nèi)部連通，以控制所述反應(yīng)器的內(nèi)部環(huán)境達(dá)到光催化分解水產(chǎn)氫的濕度條件。

4、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)基板在所述反應(yīng)器內(nèi)懸掛設(shè)置，其涂覆有催化劑的一面靠近所述透明面板設(shè)置。

5、進(jìn)一步的，所述反應(yīng)基板包括玻璃片、玻璃纖維片、濾紙片、聚四氟乙烯片和碳布。

6、進(jìn)一步的，所述催化劑為具有金屬單原子殼層的半導(dǎo)體光催化劑，所述金屬單原子包括鉑單原子和金單原子。

7、進(jìn)一步的，所述裝置還包括支架，所述反應(yīng)器與所述支架轉(zhuǎn)動連接，所述反應(yīng)器在太陽能跟蹤系統(tǒng)的作用下相對所述支架轉(zhuǎn)動以跟隨太陽轉(zhuǎn)動，使得所述反應(yīng)器的透明面板與太陽光的光線保持垂直關(guān)系。

8、進(jìn)一步的，所述光源為電燈，與所述透明面板相對設(shè)置。

9、進(jìn)一步的，所述環(huán)境控制器為氣體壓力控制器。

10、進(jìn)一步的，所述裝置還包括氣體收集器和濕度表，所述氣體收集器與所述反應(yīng)器的內(nèi)部連通，以收集所述反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氫氣，所述濕度表與所述反應(yīng)器的內(nèi)部連通，以檢測所述反應(yīng)器內(nèi)部的濕度。

11、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本申請還提供一種應(yīng)用如上所述的裝置的方法，包括：

12、在反應(yīng)器內(nèi)加入水；

13、在反應(yīng)基板上涂覆催化劑，并放置在反應(yīng)器內(nèi)，使涂覆有催化劑的一面朝向所述反應(yīng)器的透明面板設(shè)置；

14、設(shè)置所述透明面板朝向光源，并通過調(diào)節(jié)環(huán)境控制器使得所述反應(yīng)器的內(nèi)部環(huán)境達(dá)到光催化分解水產(chǎn)氫的濕度條件。

15、進(jìn)一步的，所述濕度條件為20～100％的濕度。

16、從上面所述可以看出，本申請?zhí)峁┮环N廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置及方法，其中，該裝置通過設(shè)置反應(yīng)器以容納水，設(shè)置反應(yīng)基板以涂覆催化劑，設(shè)置與反應(yīng)器內(nèi)部連通的環(huán)境控制器以控制反應(yīng)器內(nèi)部達(dá)到相應(yīng)的濕度條件，進(jìn)而在反應(yīng)器內(nèi)部的水汽與位于反應(yīng)基板上的催化劑在經(jīng)透明面板照射進(jìn)反應(yīng)器的光的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，此過程不需在水中加入犧牲試劑，不會浪費(fèi)水資源，并且，催化劑與空氣中的水汽進(jìn)行反應(yīng)，對存儲在反應(yīng)器內(nèi)的水的水質(zhì)無要求，適用于多種水源，有利于廢水資源化處理，該裝置的適用性和實用性較高。

技術(shù)特征：

1.一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，包括：反應(yīng)基板、反應(yīng)器和環(huán)境控制器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)基板在所述反應(yīng)器內(nèi)懸掛設(shè)置，其涂覆有催化劑的一面靠近所述透明面板設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述反應(yīng)基板包括玻璃片、玻璃纖維片、濾紙片、聚四氟乙烯片和碳布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述催化劑為具有金屬單原子殼層的半導(dǎo)體光催化劑，所述金屬單原子包括鉑單原子和金單原子。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，還包括支架，所述反應(yīng)器與所述支架轉(zhuǎn)動連接，所述反應(yīng)器在太陽能跟蹤系統(tǒng)的作用下相對所述支架轉(zhuǎn)動以跟隨太陽轉(zhuǎn)動，使得所述反應(yīng)器的透明面板與太陽光的光線保持垂直關(guān)系。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述光源為電燈，與所述透明面板相對設(shè)置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，所述環(huán)境控制器為氣體壓力控制器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置，其特征在于，還包括氣體收集器和濕度表，所述氣體收集器與所述反應(yīng)器的內(nèi)部連通，以收集所述反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的氫氣，所述濕度表與所述反應(yīng)器的內(nèi)部連通，以檢測所述反應(yīng)器內(nèi)部的濕度。

9.一種應(yīng)用如權(quán)利要求1-8任一項所述的裝置的方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述濕度條件為20～100％的濕度。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N廢水資源化的光催化分解水產(chǎn)氫的裝置及方法，其中，該裝置通過設(shè)置反應(yīng)器以容納水，設(shè)置反應(yīng)基板以涂覆催化劑，設(shè)置與反應(yīng)器內(nèi)部連通的環(huán)境控制器以控制反應(yīng)器內(nèi)部達(dá)到相應(yīng)的濕度條件，進(jìn)而在反應(yīng)器內(nèi)部的水汽與位于反應(yīng)基板上的催化劑在經(jīng)透明面板照射進(jìn)反應(yīng)器的光的催化作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，此過程不需在水中加入犧牲試劑，不會浪費(fèi)水資源，并且，催化劑與空氣中的水汽進(jìn)行反應(yīng)，對存儲在反應(yīng)器內(nèi)的水的水質(zhì)無要求，適用于多種水源，提升該裝置的適用性和實用性。

技術(shù)研發(fā)人員：沈鑄睿,段英男
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南開大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2