一種基于太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染及能源危機(jī)是目前制約人類社會發(fā)展的兩大瓶頸，半導(dǎo)體光催化技術(shù)有望解決這兩大難題，其研宄和應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。光催化環(huán)境凈化技術(shù)是利用光激發(fā)半導(dǎo)體分解有機(jī)物的過程。其機(jī)理是半導(dǎo)體光催化劑受到光激發(fā)產(chǎn)生非平衡載流子即光生電子與空穴，電子與空穴迀移到半導(dǎo)體表面后，由于具有很強(qiáng)的氧化及還原能力，可跟與之接觸的有機(jī)污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將有機(jī)物分解為小分子并最終分解為C02和水。
[0003]由于光催化可利用自然界中的光能長期工作，使其在環(huán)境污染治理領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體光催化技術(shù)緩解能源危機(jī)的途徑是通過其光催化分解水制氫實(shí)現(xiàn)。其機(jī)理是半導(dǎo)體光催化劑受光激發(fā)后，產(chǎn)生的電子空穴迀移到表面后分別與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氫氣與氧氣。目前全球工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展使得環(huán)境問題變得日益嚴(yán)峻。隨著大量的化工原料被消耗，自然資源的過度開發(fā)，礦物燃料的燃燒和使用，生態(tài)環(huán)境變得也日趨惡化。
[0004]同時二氧化碳?xì)怏w被大量排放，引起了全球溫室效應(yīng)，特別是近幾年來，人類活動不斷地加劇，大氣中的二氧化碳含量提高的更快，進(jìn)一步加劇了溫室效應(yīng)。
[0005]然而二氧化碳在海水中的溶解度大于在淡水中的溶解度，每年海洋都在大量吸收二氧化碳緩解溫室效應(yīng)。若通過化學(xué)途徑轉(zhuǎn)化二氧化碳，這樣既可以達(dá)到消除二氧化碳的目的，同時又能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用的基本化工原料，這樣就可以起到改善環(huán)境并產(chǎn)生新能源的作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供來了一種基于太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化裝置。
[0007]一種基于太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化裝置，包括內(nèi)置有若干對反應(yīng)電極的反應(yīng)室以及供電裝置，所述反應(yīng)室為連接有浮力部件的漂浮式，所述供電裝置包括與電極相連的蓄電池，以及向蓄電池充電的光伏板和波浪能發(fā)電機(jī)構(gòu)。
[0008]本實(shí)用新型的光電催化裝置的大小可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。
[0009]本實(shí)用新型的光電催化裝置以太陽能光伏電池和波浪發(fā)電機(jī)作為驅(qū)動能，構(gòu)成太陽能和波浪能協(xié)同驅(qū)動的光電催化反應(yīng)，不需消耗外加能源，且通過設(shè)置浮力部件，使整個裝置漂浮在水面，在水污染處理上具有極大的應(yīng)用潛力。
[0010]反應(yīng)室中反應(yīng)電極的對數(shù)，以及陰極和陽極材質(zhì)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況設(shè)定。每對反應(yīng)電極將反應(yīng)室劃分為一個相應(yīng)的反應(yīng)池，當(dāng)有多對反應(yīng)電極時，每對反應(yīng)電極相互串聯(lián)連接。
[0011]作為優(yōu)選，每對反應(yīng)電極中的陽極為具有光催化活性的光電極，陰極具有二氧化碳還原活性的電極。其中，所述的陽極為可見光型BiV04，改性Ti02，F(xiàn)e203、Mx0y/Ta3N5等材料制備得到，所述陰極為鎳、鉑、摻鉑石墨烯、Pt-11、Cu-S等材料制備得到。
[0012]考慮到二氧化碳穩(wěn)定性較高，因?yàn)榫哂卸栊詮亩觿×嘶罨碾y度，在光催化還原二氧化碳的過程中二氧化碳轉(zhuǎn)化率較低。要提高還原二氧化碳的效率，必須添加電子給體作為犧牲劑來抑制光生電子和空穴的復(fù)合以及還原產(chǎn)物被氧化的逆反應(yīng)，從而獲得基礎(chǔ)化工原料(根據(jù)反應(yīng)條件的不同，還原可以產(chǎn)生甲醇，甲醛，甲酸，甲烷等)。
[0013]電子給體的加入還可以促進(jìn)催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而不易失活。許多有機(jī)物都是很好的電子給體，能顯著提高光催化還原二氧化碳的效率，尤其是利用廢水中的有機(jī)污染物作為電子給體進(jìn)行光催化還原二氧化碳，有機(jī)廢物被氧化降解的同時二氧化碳還被還原成基礎(chǔ)化工原料，既提高了產(chǎn)率，又去除了環(huán)境污染物。
[0014]在光源提供的光照作用下，反應(yīng)電極中的陽極發(fā)生光催化氧化有機(jī)污染物反應(yīng)，反應(yīng)電極中的陰極發(fā)生光催化還原二氧化碳反應(yīng)，在蓄電池提供的偏壓作用下，光生電子及時傳遞到對電極(陰極)，從而有效抑制了光生電子和空穴的復(fù)合，進(jìn)一步促進(jìn)了有機(jī)污染物的降解和二氧化碳的還原，大大提高了有機(jī)物降解效率和二氧化碳的還原效率。且不同于其他的反應(yīng)器固定在一個位置，它可以漂浮在含有污染物的水體表面，二十四小時工作，在有效去除污染物的同時還原二氧化碳生成基礎(chǔ)化工原料。
[0015]所述反應(yīng)室內(nèi)每對反應(yīng)電極中陰極和陽極的間距為I?5cm。
[0016]所述的陽極和陰極分別接在蓄電池的正極和負(fù)極；所述的蓄電池的直流電壓在I?1V間可調(diào)，陰陽極間距為I?5cm，通過對電流和電壓的調(diào)節(jié)進(jìn)而調(diào)控污染物降解和二氧化碳還原的速率，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)動力學(xué)平衡。
[0017]所述浮力部件為固定在反應(yīng)室外周的浮力板，所述光伏板位于浮力板頂面。
[0018]作為優(yōu)選，所述浮力部件為固定在反應(yīng)室外周的浮力板，所述光伏板位于浮力板頂面。浮力板以上的部分在水面上，其余部分均在水下，保證光伏板能夠吸收足夠的太陽會K。
[0019]考慮到光電催化反應(yīng)裝置的反應(yīng)可能會生成大量有用的副產(chǎn)物，如甲酸、甲醛和甲醇等。所述光電催化裝置還設(shè)有與位于反應(yīng)室下方，且與反應(yīng)室通過連通孔連通的儲藏室，且連通孔上設(shè)有控制閥。
[0020]通過設(shè)置儲藏室，收集反應(yīng)室反應(yīng)后的反應(yīng)液體，定期進(jìn)行回收并分離，提取得到有用的副產(chǎn)物。
[0021]所述波浪能發(fā)電機(jī)構(gòu)包括位于儲藏室的波浪能發(fā)電機(jī)，與發(fā)電機(jī)相連延伸至儲藏室下方的動力軸，以及固定在動力軸底端的阻力板。
[0022]作為優(yōu)選，所述反應(yīng)室的頂部帶有透光窗。
[0023]進(jìn)一步優(yōu)選，所述反應(yīng)室的頂部高于浮力板，高出部分設(shè)有通氣孔。
[0024]反應(yīng)室的體頂端的高出浮力板的高度大小根據(jù)整個光電催化裝置的尺寸設(shè)定。
[0025]一方面有利于白天太陽光照射進(jìn)入反應(yīng)室作為光電催化反應(yīng)的光源，另一方面使反應(yīng)室和大氣連通，為反應(yīng)室提供更多的二氧化碳(反應(yīng)室中的二氧化碳來源于大氣以及海水中溶解的二氧化碳)，還可以使反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)室的液體能夠快速的通過連通孔進(jìn)入儲藏室。所述通氣孔的數(shù)目根據(jù)反應(yīng)池大小調(diào)整，所述通氣孔和連通孔的尺寸根據(jù)反應(yīng)池大小可調(diào)，作為優(yōu)選，當(dāng)反應(yīng)室的體積為200?500ml時，所述通氣孔的尺寸為2?20mm，所述連通孔的尺寸為5?50mm。
[0026]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的反應(yīng)室的材質(zhì)為透光性好的石英、玻璃或者有機(jī)玻璃材質(zhì)。
[0027]為保證電路連接的安全性，在反應(yīng)室和儲藏室之間還設(shè)有密封室，所述蓄電池安裝在該密封室內(nèi)；
[0028]反應(yīng)室與密封室之間通過透光板相隔，密封室內(nèi)安裝有通過蓄電池供電的光源。
[0029]通過設(shè)置光源，在沒有太陽光的時候可以通過光源提供光電催化反應(yīng)所需的光會K。
[0030]作為優(yōu)選，所述的光源的波長范圍在200nm?1400nm之間(如氙燈、LED光源、汞燈等等)，進(jìn)一步優(yōu)選，所述波長范圍在200nm?700nm之間。
[0031 ] 為保證整個光電催化裝置能夠豎直漂浮在水中，所述儲藏室底部固定有配重物，作為優(yōu)選，所述配重物為倒錐形。錐形重物通常采用耐海水腐蝕的鑄鐵，可以增加整個裝置的慣性，同時使整個裝置的中心朝下，保證整個裝置垂直漂浮。
[0032]另外，為使重力平衡，波浪能發(fā)電機(jī)構(gòu)的阻力板通過配重物浸入在海水中，相應(yīng)的，在配重物上設(shè)有避讓孔，所述動力軸貫穿該避讓孔。
[0033]本實(shí)用新型中以反應(yīng)室和儲藏室連通的控制閥作為連通閥門，所述反應(yīng)室設(shè)有進(jìn)水口，所述進(jìn)水口處設(shè)有進(jìn)水閥門，所述儲藏室設(shè)有出水口，所述出水口設(shè)有相應(yīng)的出水閥門；為便于整個工作過程定期自動進(jìn)行。所述光電催化裝置還包括用于定期開啟或關(guān)閉進(jìn)水閥門和出水閥門的控制電路，所述控制電路通過蓄電池供電。
[0034]定時打開或關(guān)閉進(jìn)水閥門和出水閥門的周期根據(jù)處理速度設(shè)定，通常可以在預(yù)先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)定。
[0035]本實(shí)用新型的光電催化裝置的工作過程如下:
[0036]將該光電催化裝置置于待處理的水中(通常為海水中，也可以為工業(yè)廢水中)，打開進(jìn)水閥門使待處理的海水進(jìn)入反應(yīng)室中(此時連通閥門和出水閥門均關(guān)閉)進(jìn)行光電催化反應(yīng)，待反應(yīng)一段時間后打開連通閥門，使反應(yīng)后的水(即處理后的海水)進(jìn)入儲藏室，然后關(guān)閉連通閥門，重新打開進(jìn)水閥門，重復(fù)進(jìn)行反應(yīng)。且每隔一定的時間后，打開出水閥門，將儲藏室中的存儲的水轉(zhuǎn)移出去，以進(jìn)行分離，得到有用的副產(chǎn)物。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0038](I)巧妙地將太陽能光伏電池系統(tǒng)、波浪能發(fā)電系統(tǒng)、光電催化降解污染物系統(tǒng)和還原二氧化碳制基礎(chǔ)化工產(chǎn)品系統(tǒng)自耦合匹配，構(gòu)建了新型、高效的以太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化降解有機(jī)污染物還原二氧化碳制取基礎(chǔ)化工原料的裝置，將太陽能、波浪的動能轉(zhuǎn)化為清潔的化學(xué)能，同時實(shí)現(xiàn)了廢水處理；
[0039](2)本實(shí)用新型的光電催化裝置操作簡單，設(shè)備緊湊，各種參數(shù)容易控制，可根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)；
[0040](3)本實(shí)用新型裝置運(yùn)行時利用取之不盡的太陽能和波浪的動能，產(chǎn)生基礎(chǔ)化工原料并且儲存起來，不會對環(huán)境造成二次污染，是一種綠色的水處理方法。
【附圖說明】
[0041]圖1為本實(shí)施例的光電催化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2為本實(shí)施例的光電催化裝置的反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3為本實(shí)施例的光電催化裝置的工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0045]實(shí)施例1
[0046]如圖1所示，本實(shí)施例的基于太陽能和波浪能驅(qū)動的光電催化裝置，包括內(nèi)置有若干對反應(yīng)電極的反應(yīng)室3以及供電裝置，供電裝置包括與電極相連的蓄電池4，以及向蓄電