一种一体化多功能光催化实验系统

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种一体化多功能光催化实验系统。

背景技术

随着半导体材料的广泛应用，光催化的运用日益增多；半导体光催化材料在光源照射下利用特定波长的光源来产生催化作用，利用光激发具有氧化能力的光生空穴或者具有还原能力的光生电子，从而在人工光合固氮、CO2光还原、有机光化学合成、光催化产氢、光催化产氧、光催化污染物降解和纳米催化医学等领域具有广泛的作用前景。

由此，光催化反应系统则需要能够更好的满足各种条件，要在保证功能齐全的基础上，增强功能的可调控性，减少各子系统部件的复杂程度，尽可能保持系统超长时间稳定运行，尤其是保持光源输出功率超长时间的稳定显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决要在保证功能齐全的基础上，增强功能的可调控性，减少各子系统部件的复杂程度，尽可能保持系统超长时间稳定运行的问题，尤其是保持光源输出功率超长时间的稳定的不足，而提出的一种一体化多功能光催化实验系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种一体化多功能光催化实验系统，包括

磁力搅拌器；

光催化降解反应器，设置在所述的磁力搅拌器上；

光源，位于光催化降解反应器的上方，用于照射所述的光催化降解反应器,所述光源采用可更换LED光源；

伸缩套杆，设置在所述的磁力搅拌器上，用于支撑调节所述的光源，

其中

使用具体流程如下：

将氯氧化铋放入的光催化降解反应器内，随后加入模拟污染物溶液，置于磁力搅拌器，以300-2000r/min的转速，搅拌1.5-3h，其中暗反应0.8-1.2h，选用LED光源，反应过程中，暗反应每隔28-32min取样一次，光反应每隔8-12min取样一次，每次取样0.8-1.2mL；取样后用紫外分光光度计检测降解效果。

优选的，所述磁力搅拌器具体为梯形结构，所述磁力搅拌器的梯形斜面上设置有转速控制面板和光强控制面板，所述光强控制面板与所述的光源电性相连，所述磁力搅拌器上设有分别与转速控制面板和光强控制面板对应的转速旋钮和光强按钮。

优选的，所述磁力搅拌器上还设置有光源单独控制开关。

优选的，所述光催化降解反应器由带冷凝功能的双层中空石英夹套杯构成，所述石英夹套杯下端设有冷凝水进口，上端设有冷凝水出口。

优选的，所述伸缩套杆包括外套管及升降设置在外套管上的升降杆，所述磁力搅拌上设置有与外套管匹配的固定孔，所述升降杆上端固定连接有卡块，所述光源上开设有与卡块匹配的卡槽。

优选的，所述光源包括外壳及设置在外壳上用于卡接LED芯片的卡接槽，所述外壳上设有散热孔。

优选的，所述外壳为铝板。

优选的，所述磁力搅拌器的底板为镀锌铁板，侧板为铝板。

优选的，所述伸缩套杆内设有可贯穿线缆的通道。

一种如权利要求1所述的一种多功能一体化光催化实验系统应用于对罗丹明B废水的不同波长光催化降解中。

与现有技术相比，本发明提供了一种一体化多功能光催化实验系统，具备以下有益效果：

1、该一体化多功能光催化实验系统，在磁力搅拌器的控制面板上设有调节磁力搅拌系统转速和调节光源系统电压的调整旋钮，其各自对应的控制显示面板可显示对应调节参数，可通过旋钮控制面板控制磁力搅拌系统转速及光源系统输出功率，从而获得不同搅拌速率和不同强度光照；连接磁力搅拌器和光源外壳的伸缩套杆可伸缩，可根据实际需要调整光源距离磁力搅拌器顶面的垂直高度；可根据实验需要选装不同波长超长寿命LED光源；光催化降解反应器由双层中空石英夹套杯构成，呈圆柱体形态，可外接冷凝系统，具有控温作用；具有系统紧凑小巧、操作简单、运行维护方便、寿命长、可靠性高等优点，同时具有优异的可实用性和普及性。

附图说明

图1为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统的整体结构分解示意简图；

图2为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统的磁力搅拌器分解结构示意简图；

图3为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统的光催化降解反应器分解结构示意简图；

图4为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统的伸缩连接杆分解结构示意简图；

图5为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统的灯源外壳分解结构示意简图；

图6为为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统进行的实施例1、2、3的不同能量波长光降解实验效果对比图；

图7为为本发明设计的一种一体化多功能光催化实验系统进行的实施例3、4、5的不同光源装置光降解实验效果对比图。

图中：1、磁力搅拌器；111、转速控制面板；112、转速旋钮；121、光强控制面板；122、光强按钮；2、光催化降解反应器；211、冷凝水进口；212、冷凝水出口；221、双层中空石英夹套杯；3、伸缩套杆；31、外套管；32、升降杆；33、卡块；4、光源；41、卡接槽；42、卡槽；43、散热孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-5，一种一体化多功能光催化实验系统，包括

磁力搅拌器1；

光催化降解反应器2，设置在磁力搅拌器1上，直接放置在磁力搅拌器1上，用于照射光催化降解反应器2,光源4采用可更换LED光源；

光源4，位于光催化降解反应器2的上方，用于照射光催化降解反应器2；

伸缩套杆3，设置在磁力搅拌器1上，用于支撑调节光源4；

其中

使用具体流程如下：

将半导体催化材料放入的光催化降解反应器1内，随后加入模拟污染物溶液，置于磁力搅拌器1，以300-2000r/min的转速，搅拌1.5-3h，其中暗反应0.8-1.2h，选用LED光源，反应过程中，暗反应每隔28-32min取样一次，光反应每隔8-12min取样一次，每次取样0.8-1.2mL；取样后用紫外分光光度计检测降解效果。

光催化降解反应器2由中空双层石英夹套杯组成，通过其下端进水口向中空夹层通入冷凝回流水，上端出水口排出冷凝水。此外，光催化降解反应器2可用锡箔纸包裹，通过锡箔纸的多重反射达到增强光利用率目的。当光源高度调至最低时，可左右旋转光源系统，以方便取样操作；当光源系统高度调至大于最低高度时，光源系统固定，但不影响取样器取样；光源4的外壳由伸缩套杆3连接于磁力搅拌器1上，此外，可根据实验需要预装不同波长LED光源。

磁力搅拌器1具体为梯形结构，搅拌系统上盖与控制面板之间夹角设计为120°，研究者可直接读取各项参数而无需改变观察角度，磁力搅拌器1的梯形斜面上设置有转速控制面板111和光强控制面板121，光强控制面板121与光源4电性相连，磁力搅拌器1上设有分别与转速控制面板111和光强控制面板121对应的转速旋钮112和光强按钮122；控制开关电源相互独立，均在磁力搅拌系统外壳内放置，可通过转速旋钮112和光强按钮122及转速控制面板111和光强控制面板121控制磁力搅拌器1转速及光源输出功率，从而获得不同搅拌速度和不同强度光照；

具体磁力转速和光强如下：

磁力搅拌器1转速范围为300-2000r/min，光源4电流恒定为1.42A，光源4电压为14.00-29.00V，LED光源功率为20.0-41.0W，光源4能耗为121-141W/h。

磁力搅拌器1上还设置有光源单独控制开关14，光源4为避免光源开关时电压过高烧坏光源，将控制开关单独设置，开关置于磁力搅拌器1左侧。

本发明内部所有部件有统一总电源控制开关，光源系统可再设置二次安全开关，避免由于电压过高导致光源受损，光源系统具有多种波长，可以根据需要选装，磁力搅拌器1可调节转速范围跨度大，可满足多种实验要求，可调节高度伸缩套杆3操作简单，可自行调整所需实验高度。

光催化降解反应器2由带冷凝功能的双层中空石英夹套杯221构成，石英夹套杯下端设有冷凝水进口211，上端设有冷凝水出口212，方便外接冷凝系统的流通。

另外需要进一步说的是，双层中空石英夹套杯中空间距不小于2mm，整体呈圆柱体形，外部直径不小于100mm，高度大于100mm；内部直径不大于70mm，高度不小于60mm。

伸缩套杆3包括外套管31及升降设置在外套管31上的升降杆32，磁力搅拌1上设置有与外套管31匹配的固定孔13，升降杆32上端固定连接有卡块33，光源4上开设有与卡块33匹配的卡槽42，可自行根据实际需要通过伸缩套杆3调整光源系统4距离磁力搅拌系统1顶面的垂直高度，具体高度可选择80-200mm。

光源4采用LED光源，可根据实验需要选装不同波长LED光源，具体可选择如下：

LED光源可选波长范围为：365-370nm；370-380nm；380-390nm；390-395nm；395-400nm；400-410nm；410-420nm；420-430nm；430-440nm；440-450nm；450-460nm；460-470nm；470-475nm；490-500nm；500-505nm；520-530nm；555-565nm；585-590nm；590-595nm；600-605nm；620-630nm；660nm；740nm；850nm；940nm。

光源4包括外壳及设置在外壳上用于卡接LED芯片的卡接槽41，外壳上设有散热孔43，光源4包括外壳、LED散热风扇、LED聚光透镜及LED灯片，均用螺丝安装并固定在光源系统外壳内，外壳上设置有用于连接伸缩套管3的卡槽42，外壳上设有散热孔43，LED聚光透镜用于聚焦LED光，防止LED出射光发散，从而增强到达光催化降解反应器中的光强度，LED散热风扇可保持LED在合适的温度下运行，在保证LED光源的运行稳定性的同时提高LED光源的寿命。

外壳为铝板。

磁力搅拌器1的底板为镀锌铁板，侧板为铝板。

伸缩套杆3内设有可贯穿线缆的通道，光源4内的线缆由伸缩套杆3内的通道接入，线缆长度可满足伸缩套杆3的最小长度和最大拉伸长度。

下面将结合具体的对罗丹明B废水的不同波长光催化降解实验，对改催化实验系做进一步说明；

uv-light紫外光VIS-light可见光IR-light红外光。

紫外光波长：400nm以下，可见光波长：400-760nm，红外光：大于760nm

实施例1

采用UV-light，即紫外光：

在实验中，将50mg氯氧化铋放入光催化降解反应器内，随后加入浓度为20mg/L的100mL罗丹明B模拟污染物溶液，置于本发明设计的一种多功能一体化光催化实验系统的磁力搅拌器上，以500r/min的转速，搅拌2h，其中暗反应1h，选用50W 365-370nm LED光源，反应过程中，暗反应每隔30min取样一次，光反应每隔10min取样一次，每次取样1.0mL。取样后用紫外分光光度计检测罗丹明B的降解效果，具体效果参照图6。

实施例2

采用IR-light，即红外光：

在实验中，将50mg氯氧化放入光催化降解反应器内，随后加入浓度为20mg/L的100mL罗丹明B模拟污染物溶液，置于本发明设计的一种多功能一体化光催化实验系统的磁力搅拌器上，以500r/min的转速，搅拌2h，其中暗反应1h，选用50W 850nm LED光源，反应过程中，暗反应每隔30min取样一次，光反应每隔10min取样一次，每次取样1.0mL。取样后用紫外分光光度计检测罗丹明B的降解效果，具体效果参照图6。

实施例3

采用Vis-light，既可见光

在实验中，将50mg氯氧化放入光催化降解反应器内，随后加入浓度为20mg/L的100mL罗丹明B模拟污染物溶液，置于本发明设计的一种多功能一体化光催化实验系统的磁力搅拌器上，以500r/min的转速，搅拌2h，其中暗反应1h，选用50W 410-420nm LED光源，反应过程中，暗反应每隔30min取样一次，光反应每隔10min取样一次，每次取样1.0mL。取样后用紫外分光光度计检测罗丹明B的降解效果，具体效果参照图6和图7中The new Device曲线。

实施例4

在实验中，将50mg氯氧化放入光催化降解反应器内，随后加入浓度为20mg/L的100mL罗丹明B模拟污染物溶液，置于普通LED光催化降解污染物处理装置的独立磁力搅拌器上，以500r/min的转速，搅拌2h，其中暗反应1h，光源为某厂家生产LED光催化系统，反应过程中，暗反应每隔30min取样一次，光反应每隔10min取样一次，每次取样1.0mL。取样后用紫外分光光度计检测罗丹明B的降解效果，其效果参照图7中的LED曲线。

实施例5

在实验中，将50mg氯氧化放入光催化降解反应器内，随后加入浓度为20mg/L的100mL罗丹明B模拟污染物溶液，置于氙灯光催化降解污染物处理装置的独立磁力搅拌器上，以500r/min的转速，搅拌2h，其中暗反应1h，光源为氙灯光源，反应过程中，暗反应每隔30min取样一次，光反应每隔10min取样一次，每次取样1.0mL。取样后用紫外分光光度计检测罗丹明B的降解效果，其效果参照图7中Xenon Lamp曲线。

本发明通过进行实际光催化降解实际应用测试，得出了本装置的光源可自行更换，方便适用于多种实验条件，通过进行不同光源装置的对比，得出本发明设计的一种多功能一体化光催化实验系统，其作用明显优于普通LED光催化系统光源，表现出的降解效率跟氙灯相近，且本发明设计的一种多功能一体化光催化实验系统能够进行更多的参数调整，使用更广泛，具有很好的仪器使用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。