本發(fā)明涉及一種聚光強化型太陽能光催化反應(yīng)器，用于液體有機污染物的光催化降解，屬于光催化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

環(huán)境和能源是直接影響人類生存和發(fā)展的重大問題。近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，大量有毒、難降解的污染物如化學藥劑、農(nóng)藥、重金屬以及亞硝酸鹽等進入環(huán)境，尤其是水資源，導致嚴重水質(zhì)污染。目前對難生化降解的有機廢水，由于技術(shù)、經(jīng)濟等原因，仍缺乏有效的治理手段。光催化作為一種最有希望解決環(huán)境和能源問題綠色技術(shù)之一，不僅可在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用，如利用光能降解環(huán)境中的有機和無機污染物和實現(xiàn)污水處理，而且也可以應(yīng)用于能源領(lǐng)域，如脂肪酸光催化脫羧生成少一個碳原子的烷烴及光催化水分解制氫能。因此光催化技術(shù)及其裝置的研究成為目前研究的重點。

而太陽光是一種取之不盡、用之不竭的能源，陽光中有4%～6%的光能激發(fā)催化劑，如果能將這部分光用于光催化反應(yīng)，該技術(shù)將有很大的實際應(yīng)用潛力。我國地域遼闊，年日照時間大于2000h的地區(qū)約占全國國土面積的2/3，處于利用太陽能較有利的區(qū)域內(nèi),近年來，國內(nèi)外對太陽能光催化技術(shù)在各污水處理、有機物降解方面取得了一定的成果，而合理地設(shè)計光催化反應(yīng)器是光催化技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵影響因素之一。目前國內(nèi)外關(guān)于不同太陽能光催化反應(yīng)器開發(fā)設(shè)計比較活躍，但光催化反應(yīng)器仍存在光源利用效率和傳質(zhì)效率低、裝置復雜、受光強度不均等問題，這將制約光催化反應(yīng)器技術(shù)的開發(fā)，同時反應(yīng)器是否適用于實際應(yīng)用或者大批量處理仍然是考慮的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種聚光強化型太陽能光催化反應(yīng)器，采用多種措施增強太陽光的光照強度和利用率，以強化的太陽光作為光催化反應(yīng)的光源，并提供其他有利的光催化反應(yīng)條件，從而使光催化反應(yīng)高效進行。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種聚光強化型太陽能光催化反應(yīng)器，主要包括兩組平行且形成高度落差的槽式聚光反應(yīng)裝置，所述槽式聚光反應(yīng)裝置主要包括石英玻璃反應(yīng)管、槽式聚光鏡、定日跟蹤系統(tǒng)和支架；石英玻璃反應(yīng)管置于槽式聚光鏡的聚焦位置處，并用連接石英玻璃反應(yīng)管和槽式聚光鏡的支架支撐；定日跟蹤系統(tǒng)連接并支撐槽式聚光鏡；兩組槽式聚光反應(yīng)裝置之間，一端通過冷卻管連接同側(cè)的兩根石英玻璃反應(yīng)管，另一端通過循環(huán)管連接同側(cè)的兩根石英玻璃反應(yīng)管，形成閉合循環(huán)通路；循環(huán)管的低位端設(shè)置開口并連接給料管，給料管依次連接給料泵和反應(yīng)液容器；循環(huán)管的高位端設(shè)置開口并連接三通接頭，三通接頭的另外兩端分別連接緩沖穩(wěn)壓罐和采樣管。

進一步優(yōu)化的，所述石英玻璃反應(yīng)管的上方設(shè)置反光罩，并用連接反光罩和石英玻璃反應(yīng)管的支架支撐。

進一步優(yōu)化的，所述反應(yīng)液容器內(nèi)設(shè)置攪拌裝置；進一步優(yōu)化的，所述攪拌裝置為懸臂式攪拌器。

進一步優(yōu)化的，所述冷卻管為蛇形冷卻管。

進一步優(yōu)化的，兩組槽式聚光反應(yīng)裝置之間的高度落差為5-100cm；所述槽式聚光鏡的聚焦倍數(shù)為20-100。

進一步優(yōu)化的，石英玻璃反應(yīng)管與冷卻管及循環(huán)管的連接處采用金屬波紋管固定。因為利用金屬波紋管具有的彈性作用，可以解決受高溫應(yīng)力效應(yīng)導致石英玻璃反應(yīng)管端口撕裂的問題，使石英玻璃反應(yīng)管在微正壓條件下正常使用。

本發(fā)明中反應(yīng)液在石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)接受太陽光照并進行光催化反應(yīng)，因為石英玻璃的透光性最好，能夠透過絕大部分太陽光，而且石英玻璃還具有耐高溫耐腐蝕等優(yōu)點。本發(fā)明采用現(xiàn)有技術(shù)中的定日跟蹤系統(tǒng)，通過定日跟蹤系統(tǒng)帶動槽式聚光鏡隨太陽位置的變動而轉(zhuǎn)動，使槽式聚光鏡始終保持正對太陽，實現(xiàn)在日照時間段內(nèi)最優(yōu)化利用太陽光照。

本發(fā)明中的槽式聚光鏡將照射在其鏡面上的太陽光聚集起來，全部照向位于聚焦位置處的石英玻璃反應(yīng)管，為光催化反應(yīng)提供足夠的太陽光光照強度。另外，設(shè)置在石英玻璃反應(yīng)管上方的反光罩可以反射并再次聚集太陽光，對石英玻璃反應(yīng)管的上方進行二次補光，從而保證石英玻璃反應(yīng)管的上方也可以接受到足夠的太陽光照。

所以，本發(fā)明通過利用石英玻璃反應(yīng)管的優(yōu)良透光性、定日跟蹤系統(tǒng)的特點、槽式聚光鏡的聚光作用以及反光罩的二次補光作用，極大的提高了對太陽光的綜合利用效率，為光催化反應(yīng)提供了足夠的太陽光光照強度，從而可以有效增強光催化反應(yīng)效率。

本發(fā)明中兩根石英玻璃反應(yīng)管、冷卻管和循環(huán)管圍成一個閉合循環(huán)通路。由于反應(yīng)液流經(jīng)冷卻管后溫度降低，使得反應(yīng)液在兩根石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)具有不同的溫度，這種溫度差會產(chǎn)生一定的溫差推動力，使不同溫度的反應(yīng)液可以交換流動。而且，這種溫度差也會導致兩根石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)具有不同的氣壓，由此產(chǎn)出了一定的壓差推動力。另外，兩組槽式聚光反應(yīng)裝置之間的的高度落差也會產(chǎn)生重力推動力。受以上三種推動力的共同作用，使反應(yīng)液在兩根石英玻璃反應(yīng)管之間可以實現(xiàn)自動上下循環(huán)流動。在反應(yīng)液的動態(tài)循環(huán)流動過程中，冷卻管調(diào)控光催化劑與反應(yīng)液的反應(yīng)溫度；而且，光催化劑在反應(yīng)液中可以得到持續(xù)分散避免沉淀，并可以與太陽光充分接觸，進一步提高光催化反應(yīng)效率。

本發(fā)明中的攪拌裝置可以對加入反應(yīng)液容器中的光催化劑和液體進行預混合，形成穩(wěn)定均勻的反應(yīng)液后，在給料泵的調(diào)控作用下由給料管加入到由兩根石英玻璃反應(yīng)管、冷卻管和循環(huán)管圍成的閉合循環(huán)通路中。而且，當光催化反應(yīng)完成后，也可以利用給料泵的反轉(zhuǎn)功能將石英玻璃反應(yīng)管中的反應(yīng)液排出。

本發(fā)明可以通過緩沖穩(wěn)壓罐維持石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)的壓力穩(wěn)定，因為光催化反應(yīng)過程中可能會產(chǎn)生的氣體以及在受熱條件下產(chǎn)生的蒸汽，會導致石英玻璃反應(yīng)管內(nèi)部的氣壓升高，緩沖穩(wěn)壓罐可以防止由此產(chǎn)生的高氣壓。本發(fā)明還可以通過采樣管對光催化反應(yīng)一定時間后的反應(yīng)液進行取樣分析，評價光催化反應(yīng)效率。

本發(fā)明通過采用多種措施提高太陽光綜合利用率和增強太陽光光照強度，以聚集強化后的太陽光為光源，為光催化反應(yīng)提供了充足的太陽光照，而且還提供了反應(yīng)液的動態(tài)循環(huán)流動過程，從而可以使光催化反應(yīng)高效進行。另外，本發(fā)明整體設(shè)計合理，設(shè)置了安全防護裝置，加工制作容易，在實際使用過程中操作簡單。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為本發(fā)明中槽式聚光反應(yīng)裝置的縱截面示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進行進一步詳細的說明。

如圖1和圖2中所示，本發(fā)明主要包括兩組平行且形成高度落差的槽式聚光反應(yīng)裝置，所述槽式聚光反應(yīng)裝置主要包括石英玻璃反應(yīng)管1、槽式聚光鏡2、定日跟蹤系統(tǒng)3和支架4；石英玻璃反應(yīng)管1置于槽式聚光鏡2的聚焦位置處，并用連接石英玻璃反應(yīng)管1和槽式聚光鏡2的支架4支撐；石英玻璃反應(yīng)管1的上方設(shè)置反光罩12，并用連接反光罩12和石英玻璃反應(yīng)管1的支架4支撐；定日跟蹤系統(tǒng)3連接并支撐槽式聚光鏡2；

兩組槽式聚光反應(yīng)裝置之間，一端通過冷卻管5連接同側(cè)的兩根石英玻璃反應(yīng)管1，而且所述冷卻管5為蛇形冷卻管；另一端通過循環(huán)管6連接同側(cè)的兩根石英玻璃反應(yīng)管1，形成閉合循環(huán)通路；

循環(huán)管6的低位端設(shè)置開口并連接給料管7，給料管7依次連接給料泵8和反應(yīng)液容器9；所述反應(yīng)液容器9內(nèi)設(shè)置攪拌裝置13；循環(huán)管6的高位端設(shè)置開口并連接三通接頭，三通接頭的另外兩端分別連接緩沖穩(wěn)壓罐10和采樣管11。

本發(fā)明中的兩根石英玻璃反應(yīng)管1、冷卻管5和循環(huán)管6圍成一個閉合循環(huán)通路，反應(yīng)液在循環(huán)通路內(nèi)部上下循環(huán)流動。而且，反應(yīng)液在透光性最好的石英玻璃反應(yīng)管1內(nèi)接受太陽光照進行光催化反應(yīng)。本發(fā)明中的定日跟蹤系統(tǒng)3能夠帶動槽式聚光鏡2隨太陽位置的變動而轉(zhuǎn)動，使槽式聚光鏡2始終保持正對太陽。本發(fā)明中的槽式聚光鏡2將照射在其鏡面上的太陽光聚集起來，全部照向位于聚焦位置處的石英玻璃反應(yīng)管1上；石英玻璃反應(yīng)管1上方的反光罩12可以再次反射并聚集太陽光，對石英玻璃反應(yīng)管1的上方進行二次補光，即槽式聚光鏡2和反光罩12通過對太陽光的反射聚集，提供強化后的太陽光作為光催化反應(yīng)的光源。

本發(fā)明的操作過程為：首先，將光催化劑和液體加入反應(yīng)液容器9中，并利用攪拌裝置13進行預混合，形成穩(wěn)定均勻的反應(yīng)液。接著，在給料泵8的調(diào)控作用下，反應(yīng)液由給料管7加入到由兩根石英玻璃反應(yīng)管1、冷卻管5和循環(huán)管6圍成的閉合循環(huán)通路中，直到循環(huán)通路中充滿反應(yīng)液為止。然后，反應(yīng)液在閉合循環(huán)通路內(nèi)流動，在流經(jīng)石英玻璃反應(yīng)管1時接受充足的太陽光照進行光催化反應(yīng)。在光催化反應(yīng)進行過程中，反應(yīng)液受熱會產(chǎn)生的蒸汽以及光催化反應(yīng)會產(chǎn)生的氣體，導致石英玻璃反應(yīng)管1內(nèi)的氣壓升高，通過緩沖穩(wěn)壓罐10降低產(chǎn)生的高氣壓以維持石英玻璃反應(yīng)管1內(nèi)的氣壓穩(wěn)定。當需要對光催化反應(yīng)效率進行評價時，可以通過采樣管11對反應(yīng)液進行取樣分析。最后，當光催化反應(yīng)完成后，也可以利用給料泵8的反轉(zhuǎn)功能將石英玻璃反應(yīng)管1中的反應(yīng)液排出。

最后需要說明的是，以上文字和附圖描述了本發(fā)明的主要結(jié)構(gòu)特征和工作原理，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實施方式的的限制，在不脫離本發(fā)明基本設(shè)計構(gòu)思的前提下，對本發(fā)明所做的多種變形方式也應(yīng)該在本發(fā)明的的保護范圍內(nèi)。