PLR-SPRG量產(chǎn)級(jí)平板式光化學(xué)反應(yīng)裝置主要通過(guò)受光面積為0.5 m2的最小反應(yīng)單元的串聯(lián)或者并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)大面積大批量的光催化規(guī)?；a(chǎn)。
圖1. 中科院大連化物所5 m2 &中國(guó)石油勘探院10 m2
由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在放大效應(yīng)①，平米級(jí)反應(yīng)裝置并不是單純的將反應(yīng)器做大即可，而是要綜合考慮如催化劑的負(fù)載方式、氣-液分離和液體流動(dòng)等諸多反應(yīng)條件和工藝細(xì)節(jié)。
PLR-SPRG量產(chǎn)級(jí)平板式光化學(xué)反應(yīng)裝置主要由反應(yīng)模塊、液體驅(qū)動(dòng)模塊、氣-液分離模塊和檢測(cè)控制模塊組成。各模塊均可定制化設(shè)計(jì)加工，通過(guò)多個(gè)模塊的配合滿足平米級(jí)反應(yīng)在小試、中試不同階段的要求。
功能特點(diǎn)
1.最小單元的單個(gè)平板反應(yīng)器受光面積為0.5 m2，可通過(guò)連接多個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)接口的單體平板反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)大面積反應(yīng)面積需求，目前已安裝使用的陣列面積為10 m2，在建的陣列面積預(yù)計(jì)高達(dá)100 m2。
2.可通過(guò)更換支撐塊設(shè)計(jì)，使用無(wú)紡布、碳紙、碳布、高硼硅玻璃、有機(jī)玻璃等多種材質(zhì)基板的固定，滿足不同催化劑的負(fù)載要求。
3.反應(yīng)裝置自帶手動(dòng)進(jìn)樣閥，可直接與氣相色譜聯(lián)用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的在線檢測(cè)；也可通過(guò)氣袋或其它氣體收集裝置收集氣體。
4.反應(yīng)體系中液體流動(dòng)能使反應(yīng)溶液與催化劑充分接觸，同時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物也可隨流動(dòng)的液體從反應(yīng)體系中帶出。反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體進(jìn)入氣體分離裝置，實(shí)現(xiàn)氣-液分離，分離出的氣體可單獨(dú)收集，并計(jì)量出氣體產(chǎn)物的產(chǎn)量。
5.PLR-SPR系列平板式光化學(xué)反應(yīng)裝置采用PLC一體機(jī)控制，通過(guò)點(diǎn)擊觸控屏幕即可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)過(guò)程量的監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，可監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)參數(shù)包括反應(yīng)體系溶液狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如反應(yīng)流量、反應(yīng)壓力、溶液pH、ORP（Oxidation-Reduction Potential）等。同時(shí)，兼具反應(yīng)條件控制量監(jiān)測(cè)，如反應(yīng)液體總流量、反應(yīng)單元流量、壓力等。
圖2. 控制軟件界面示意圖
性能參數(shù)
| PLR-SPRF量產(chǎn)級(jí)平板式光化學(xué)反應(yīng)裝置規(guī)格參數(shù) | |
| 有效光照面積 | 0.5 m2，可選5 m2、10 m2 |
| 液層厚度 | 1~5 mm |
| 反應(yīng)液接觸材料 | PA66、PMMA、PP、氟橡膠等 |
| 反應(yīng)器角度調(diào)節(jié) | 0~90° |
| 連續(xù)流反應(yīng) | |
| 液體流速范圍 | 0~200 mL/min |
| 載氣流速范圍 | 4~100 mL/min |
| 反應(yīng)溫度 | 常溫~60℃ |
| 反應(yīng)壓力 | 常壓 |
| 密閉反應(yīng) | |
| 氣體循環(huán)泵流量 | 10~50 L/min |
| 反應(yīng)溫度 | 常溫~60℃ |
| 反應(yīng)壓力 | ≤50 kPa |
①放大效應(yīng)：利用小型設(shè)備進(jìn)行化工過(guò)程實(shí)驗(yàn)得出的研究結(jié)果，在相同的操作條件下與大型生產(chǎn)裝置得出的結(jié)果往往有很大差別。
- [1] Zhao Yue, Li Rengui*, Li Can*, et. al. A Hydrogen Farm Strategy for Scalable Solar Hydrogen Production with Particulate Photocatalysts[J]. Angew, 2020, 132(24), 9740.
- [2] Nishiyama, Hiroshi, Yamada, Taro, Kazunari Domen*, et. al. Photocatalytic Solar Hydrogen Production from Water on a 100 m2-scale[J]. Nature, 2021, 598, 304.
