专利名称：光催化剂性能的热分析测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于评价常温常压下光催化剂性能的热分析测量装置。通过相同条件下试验材料和参比材料对某种含有气态有机物的空气光催化反应的实时检测，确定该条件下材料的光催化效果。该技术可用于光催化材料的研究和应用。
背景技术：
目前，公知的热分析是在温度程序控制下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的技术。利用试样在加热或冷却过程中的物理变化或化学变化，产生的热效应，获得温度差随温度变化的差热曲线；热流式差示扫描量热法是在同一环境下的试样和参比物容器下方各有一组热电偶，按差式方式连接，热量由加热块通过热电片传给式样和参比物，使整个工作温度范围内峰面积正比于焓变；程序升温脱附是一种研究催化剂活性中心性质和表面反应特性的常用技术，是使催化剂表面的吸附质按预定的程序升温受热活化后产生脱附，用气相色谱仪或质谱仪得到与温度相关的脱附曲线。气—固表面的光催化反应与催化剂材料、表面状态、光辐照能以及实验气体有关，上述技术和装置，没有涉及辐射光和光照后材料表面光吸收与光催化反应过程中的能量检测；发生在固体表面的光催化氧化反应形成表面热源。导热式热流计是利用温差电效应测量热流密度的仪器。
发明内容
本实用新型提供了一种通过常温常压下、外界物理化学因素充分相同的等量试验材料和参比材料光催化氧化反应初始阶段热效应的在线测量，获得的反应过程热流密度—时间曲线并以此评价光催化剂催化活性和选择性的实验装置。
技术方案气—固表面的光催化氧化反应在固体表面形成表面热源，承载光催化材料的平面物体的两个表面因此会产生温度差和热传导。两片水平放置的导热式热流计，其上表面承载不同的等量光催化材料，下表面的温度相同。在相同的实验条件下，反应热使催化剂表面对周围空间有相同的对流、辐射换热条件。光催化活性和选择性越好的催化剂，反应的生成热使热流计两个表面的温差与其传导的热流密度越大，与周围空间的对流、辐射换热量也越大。根据这一现象和理论，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在一个有盖板可密封圆柱型腔室的上部实验用的光辐射侧向平行入射到反应室内，圆柱型不锈钢外壳的反应室内一个不锈钢园盘上对称放置两片材料、结构和尺寸相同并已知热电转换系数的导热式热流计，不锈钢园盘中央的底部有一个电磁振动器，使从上面放入的经同一环境干燥的等量粉状试验材料和参比材料分别均匀地散落在两片热流计表面上。热流计上表面边缘各有一个护环，以防止电磁振动器工作时材料失落。反应气体可由进气口进入反应器，也可将纯度较高、易挥发的微量液态有机物从注液口注入园盘的小池内，蒸发形成一定浓度的空气混合物。待反应室内实验气体稳定后，打开光源，两种材料表面接受等量的辐射，周围热环境相同。光催化反应历程使得两个热流计产生随时间变化的热电势，由各自的热电转换系数得到其热流密度—时间曲线。当材料层热阻相对热流计热阻可以忽略，两材料表面辐射率差异不大时，两种材料表面进行的气—固相光催化反应中产生的热量(焓变)与它们的热流密度值成正比。根据热流密度—时间曲线的斜率、过渡过程时间、稳态值的大小评价两种催化剂的性能，对照参比材料，确定试验材料的相对光催化性能。
反应室遮光罩内布置温、湿度和压力传感器可以监测反应条件。
测量数据可接微机或其它记录、显示仪表，对实验数据进行分析。
本实用新型的有益效果是，通过常温常压下模拟观测不同催化剂和光照下降解空气中不同挥发性有机物的光催化总包反应初始阶段的历程，确定和评价光催化剂的活性和选择性。装置结构简单，改变试验条件和实验气体操作方便；实验时间短，过渡过程约为30分钟；避免了通常实验过程中的频繁采样。可用于光催化材料的研究和应用，尤其适用于大量光催化材料的初步筛选。
图1是本装置的纵剖面构造图。
图2是图1的I-I剖视图。
图中1.圆柱型壳体，2.盖板，3.透紫外石英玻璃，4.扩散板，5.紫外滤光片，6.不锈钢园盘，7.导热式热流计A，8.导热式热流计B，9.护环，10.温、湿度和压力传感器，11.遮光罩，12.实验材料，13.参比材料，14.反应气体入口，15.注液口，16.液体蒸发盘，17.电磁振动器，18.反应气体出口，19.引出线口，20.反应室。
具体实施方式
结合图1和图2，打开腔体上盖板(2)，分别填入等量、同环境下干燥的两种实验材料(12)和(13)于两块热流计(7)和(8)的表面上，其中一种作为参比物。热流计(7)和(8)与不锈钢园盘(6)紧密接触。接通振动器(17)，催化剂形成均匀散落薄层。护环(9)的一个主要作用是防止试验材料散落到不锈钢圆盘(6)上。密封上盖板(2)，由(14)通入实验气体完全置换反应室内空气，或者当反应室内充满洁净空气的情况下，由注液口(15)注入微量高纯度、易挥发的实验液态物质于盘(16)内，待完全挥发后，打开紫外光源，光线经透紫外玻璃板(3)、扩散板(4)、紫外滤光片(5)进入反应室(20)，均匀照射在两个热流计(7)和(8)各自承载的催化剂(12)和(13)表面上，反应开始进行，催化剂表面形成面热源。直接得到各自的热流密度—时间曲线。热流密度值越大、过渡过程越短，说明该材料光催化效果越好。实验时实验气体湿度不应过大。热流计采用不发生光化反应、导热良好的饰面材料。试验结束可用气泵将试验材料吸出。
权利要求1.一种光催化剂性能的热分析测量装置，在一个带盖板的不锈钢直圆柱型反应室内，其特征是反应室的侧壁上有一组由透紫外石英玻璃、扩散板和紫外滤光片组成的辐射光入射窗口；反应室的底板上对称放置两片材料、结构和尺寸相同的圆形导热式热流计，热流计均有护环。
2.根据权利要求1所述的光催化剂性能的热分析测量装置，其特征是反应室底板上有两个倒园台形凹槽，其中底板中心的凹槽下面有一个电磁振动器，另一个凹槽做挥发盘，挥发盘与盖板上注液口的位置上下对应；底板上的遮光罩内有温度、湿度和压力传感器；辐射光入射窗口、反应气体的入口和出口、注液口、挥发盘以及遮光罩的中心均在反应室的中垂面上。
3.根据权利要求1或2所述的光催化剂性能的热分析测量装置，其特征是两热流计的输出与温度、湿度以及压力传感器的输出经各自的接插件由底板下面引出，连接到记录、分析、显示仪表。
专利摘要一种用于评价常温常压下光催化剂性能的热分析测量装置。在可密闭的圆柱型不锈钢容器的上部的不锈钢圆盘上对称放置两片相同的导热式热流计，圆盘下面有电磁振动器，容器外壳有进气口、出气口、注液口、液体蒸发盘，温度、湿度和压力传感器，遮光罩、电磁振动器；两种等量、干燥的粉状光催化剂由容器顶部被均匀散落在圆盘上；辐射光线经处理后由侧面进入容器；通入或由注液口配制试验气体。光催化反应时，通过两热流计输出值的大小，对比两种试验材料对同种有害气体在相同条件下光催化氧化反应过程中释放的反应热，确定这两种材料的相对光催化活性和选择性。试验过程通常小于30分钟，不对试验气体采样。该技术可用于光催化材料的研究和应用。
文档编号G01N25/40GK2788183SQ200420084290
公开日2006年6月14日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者徐江兴 申请人:徐江兴