一种双通道高压光热催化反应装置的制作方法

本发明属于光化学领域，具体涉及一种双通道高压光热催化反应装置。

背景技术：

传统光催化效率相对较低，同时受限于反应温度，导致传统光催化应用受限。光热催化系统相对于光催化，高温辅助光催化提高了催化效率。在多种实验条件下促进反应进行，提高生产速率，从而提高生产效率、效益。光热催化系统的应用对光化学的发展起到了重要的支撑作用。

目前光热催化装置多为高压或者常压装置，通过聚光进行光热催化，提高了转化速率。如专利zl201620142695.1，201610144691.1，201420231842.3利用光热催化，属于单反应、高压装置。尽管光热装置应用较广，但是光热催化装置多为高压单通道反应，对于一些特定反应，如甲烷氧化、甲烷干重整、co2裂解等反应，该反应无法实现反应底物完全转化，而产物中分子性质相近，分离困难，提高分离成本。化学链催化反应可获得高纯产物，降低分离成本，但是该反应只可间歇式进行，因此目前的催化装置存在应用局限性。如何使一种装置具有光热催化效应、实现双反应同时耐高压的特性十分有必要。

技术实现要素：

本发明提供一种双通道高压光热催化反应装置，克服现有光热高压单通道催化系统存在的一些缺陷，实现高压光热协同的情况下材料合成以及催化活性测试。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双通道高压光热催化反应装置，包括：一端开口的钢质套管内管和钢质套管外管，所述钢质套管内管开口端贯通所述钢质套管外管第一端且开口端伸入所述钢质套管外管内部，所述钢质套管内管开口端设置有氧载体膜而封口端贯通设置有内管进气管和内管出气管，所述内管出气管中设置有热电偶丝，所述内管进气管和所述热电偶丝的第一端均伸入所述钢质套管内管内部且靠近所述氧载体膜，所述钢质套管外管第一端上贯通设置有外管进气管和外管出气管，所述外管进气管第一端伸入所述钢质套管外管内部且靠近所述氧载体膜，所述钢质套管外管第二端外设置有光源，所述钢质套管外管第二端上设置有透光窗口，所述光源透过所述透光窗口照射于所述氧载体膜上。

优选地，所述透光窗口由石英制成。

优选地，所述光源包括：氙灯光源、汞灯光源、激光光源或卤素灯光源。

优选地，所述光源包括紫外光光源、可见光光源或红外光光源。

优选地，所述光源包括平行光光源或汇聚光光源。

优选地，所述光源和所述氧载体膜之间设置有聚焦镜，所述光源透过所述聚焦镜汇聚于所述氧载体膜上。

优选地，所述氧载体膜包括氧化铈载体膜或钙钛矿载体膜。

优选地，所述钢质套管外管外侧设置有循环水。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)实现了双通道高压光热协同反应，光热反应温度可调，聚焦光斑可位于氧载体膜上，光斑大小可以调节；

(2)实现了氧载体膜用于氧传输，单催化剂可用于双反应。实现了光热协同反应进行，在光热高压条件下进行材料的活性测试以及氧迁移能力测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种双通道高压光热催化反应装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种双通道高压光热催化反应装置的侧视示意图；

图中：1.内管进气管、2.钢质套管外管、3.外管进气管、4.钢质套管内管、5.光源、6.氧载体膜、7.透光窗口、8.外管出气管、9.内管出气管、10.热电偶丝、11.循环水。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

参见图1和2，本发明提供了一种双通道高压光热催化反应装置，其特征在于，包括：一端开口的钢质套管内管4和钢质套管外管2，所述钢质套管内管4开口端贯通所述钢质套管外管2第一端且开口端伸入所述钢质套管外管2内部，所述钢质套管内管4开口端设置有氧载体膜6而封口端贯通设置有内管进气管1和内管出气管9，所述内管出气管9中设置有热电偶丝10，所述内管进气管1和所述热电偶丝10的第一端均伸入所述钢质套管内管4内部且靠近所述氧载体膜6，所述钢质套管外管2第一端上贯通设置有外管进气管3和外管出气管8，所述外管进气管3第一端伸入所述钢质套管外管2内部且靠近所述氧载体膜6，所述钢质套管外管2第二端外设置有光源5，所述钢质套管外管2第二端上设置有透光窗口7，所述光源5透过所述透光窗口7照射于所述氧载体膜6上。

下面将结合实施例对本申请的一种双通道高压光热催化反应装置进行详细说明。

如图1和2，在本申请实施例中，本申请提供的一种双通道高压光热催化反应装置，其特征在于，包括：一端开口的钢质套管内管4和钢质套管外管2，所述钢质套管内管4开口端贯通所述钢质套管外管2第一端且开口端伸入所述钢质套管外管2内部，所述钢质套管内管4开口端设置有氧载体膜6而封口端贯通设置有内管进气管1和内管出气管9，氧载体膜6将钢质套管内管4开口端完全封堵，使其内部成为密闭空间。所述内管出气管9中设置有热电偶丝10，所述内管进气管1和所述热电偶丝10的第一端均伸入所述钢质套管内管4内部且靠近所述氧载体膜6，所述钢质套管外管2上贯通设置有外管进气管3和外管出气管8，所述外管进气管3第一端伸入所述钢质套管外管2内部且靠近所述氧载体膜6，所述钢质套管外管2第二端外设置有光源5，所述钢质套管外管2第二端上设置有透光窗口7，所述光源5透过所述透光窗口7照射于所述氧载体膜6上。

当使用此双通道高压光热催化反应装置进行反应时，内管进气管1和内管出气管9分别完成钢质套管内管4内部的进气和出气，外管进气管3和外管出气管8分别完成钢质套管外管2内部的进气和出气，光源5透过所述透光窗口7照射于所述氧载体膜6上，氧载体膜6在光源5照射下具有氧迁移能力，可以在钢质套管内管4内部和钢质套管外管2内部进行双反应，热电偶丝10通电后可以实现对光热反应温度的控制。

在本申请实施例中，所述透光窗口7形状为圆形，所述光源5透过所述透光窗口7在所述氧载体膜6上形成圆形光斑。

在本申请实施例中，所述透光窗口7由石英制成。石英在光热催化中应用较多，廉价且透光性好(相对于蓝宝石)，几乎不拦截特定波长的光，便于光源5透过透光窗口在氧载体膜6上进行光热转化，从而驱动反应进行。

在本申请实施例中，所述光源5包括：氙灯光源、汞灯光源、激光光源或卤素灯光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。

在本申请实施例中，所述光源5包括紫外光光源、可见光光源或红外光光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。

在本申请实施例中，所述光源5包括平行光光源或汇聚光光源，使用者可以选择任意一种合适的光源进行反应。

在本申请实施例中，所述光源5和所述氧载体膜6之间设置有聚焦镜，所述光源5透过所述聚焦镜汇聚于所述氧载体膜6上。聚焦镜与光源7和载体膜8之间的距离可以根据需要改变，从而使得光源7在氧载体膜8上的强度根据需要改变。

在本申请实施例中，所述氧载体膜6包括氧化铈载体膜或钙钛矿载体膜，使用者可以选择任意一种合适的氧载体膜进行反应。氧化铈和钙钛矿氧化膜的氧迁移能力较强，可以同时进行内外脱氧、得氧两个过程。由于有氧载体膜6的存在，才能使氧载体膜6内外两个反应同时进行，而不用进行分段链式处理。

在本申请实施例中，所述钢质套管外管2外侧设置有循环水11。循环水11可以降低装置温度，减少零件的老化速度。循环水9可以用其他冷却装置代替。

本申请提供的一种双通道高压光热催化反应装置具有如下有益效果：

(1)实现了双通道高压光热协同反应，光热反应温度可调，聚焦光斑可位于氧载体膜上，光斑大小可以调节；

(2)实现了氧载体膜用于氧传输，单催化剂可用于双反应。实现了光热协同反应进行，在光热高压条件下进行材料的活性测试以及氧迁移能力测试。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。