本發明專利技術公開了一種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置及工藝，裝置包括反應器、集氫裝置和光源，還包括一太陽能電池，所述反應器內設有至少一個反應池，所述反應池內設有至少一對光催化電極對，所述光催化電極對的陰極和陽極均與所述太陽能電池相連，所述反應池底部設有磁力攪拌器，所述反應池內設有磁子。本發明專利技術結構簡單，有效利用光伏電池系統，充分利用了太陽光，不需外加電源，減少了能量消耗。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及屬于新能源技術和水處理
，具體涉及ー種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置及エ藝。
技術介紹
能源短缺、環境污染是人類面臨的兩大難題，尋找可持續供應的清潔的替代能源已經是全球刻不容緩的一件大事。氫氣作為ー種二次能源，能量密度高、潔凈燃燒，被公認為是礦物燃料的最理想替代能源。目前生產氫氣的方法主要有兩種一種是以化石能源為原料與水蒸氣反應制得水煤氣，然后經變換、浄化等エ序制得；另ー種應用較廣且較成熟的方法是電解水制氫。化石燃料制氫要消耗大量的礦物資源，而且在生產過程中產生的污染物對地球環境造成破壞，不具有可持續發展性。 電解水制氫不產生ニ氧化碳排放，是清潔的制氫技術，目前エ業規模的水電解裝置電流效率可以達到56-73%，然而電解水制氫成本隨著電價的提高而不斷提高。太陽能光解水制氫是太陽能光化學轉化與儲存的最佳途徑之一，其利用太陽光的能量，在催化劑作用下分解水產生氫氣，將太陽能轉化為氫能，氫作為能源使用后又回到水的形態，達到完全的可持續開發和利用。但是由于直接光催化分解水產氫效率低，限制了其實際應用。要提高產氫效率，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合以及氫和氧復合的逆反應，從而獲得產氫。電子給體的加入還可以促進催化劑的結構穩定而不易失活。許多有機物都是很好的電子給體，能顯著提高光催化分解水產氫的效率，尤其是利用廢水中的有機污染物作為電子給體進行光催化分解水制氫，有機廢物被氧化降解的同時水被還原產生氫氣，既提高制氫效率，又去除了環境污染物。例如申請號為201010518600. 9的中國專利技術專利公開了ー種利用太陽能熱光伏系統進行電解水制氫的裝置，屬于太陽能利用和電解制氫
該裝置由兩大主要部分組成改進的太陽能熱光伏系統和電解水制氫系統。太陽能熱光伏系統相對于一般的光伏技術其轉換效率和輸出功率更高，能夠為各種規模的電解水制氫裝置提供充足的直流電源。通過該裝置把系統產生的電能用于電解制氫，再對氫氣進行儲存，可以解決光伏發電隨著天氣，晝夜變化而輸出不穩定的問題。但是該裝置的太陽能光伏系統太復雜，不利于制氫成本的控制。
技術實現思路
本專利技術提供了ー種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置及エ藝，結構簡単，有效利用光伏電池系統，充分利用了太陽光，不需外加電源，減少了能量消耗。ー種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置，包括反應器、集氫裝置和光源，還包括一太陽能電池，所述反應器內設有至少ー個反應池，所述反應池內設有至少ー對光催化電極對，所述光催化電極對通過所述太陽能電池供電，所述反應池底部設有磁力攪拌器，所述反應池內設有磁子。優選地，還設有作為備用電源向陰極和陽極供電的蓄電池，該蓄電池通過太陽能控制器接入所述太陽能電池。設置太陽能控制器和蓄電池保證了整個系統電壓的穩定，可在無太陽光或黑夜時由蓄電池為光催化反應裝置提供電壓，減少了能耗。優選地，所述光催化電極對的陽極均為可見光響應型光電極；所述光催化電極對的陰極均為產氫電極。可見光響應型光電極可采用現有技術中已開發的過渡金屬摻雜改性的新型可見光響應型光電極，例如，可以是可見光型BiVO4,BiVWO4,改性Ti02，Fe2O3等材料制成；陰極優 選采用鉬電極、鎳片、不銹鋼網等。優選地，所述陽極為BiVWO4電極。優選地，所述光催化電極對的陰極與陽極之間的距離為I 10cm，更優選為2 5cm。電極間距太小，兩電極之間容易短路，對可見光也有一定的阻礙作用；電極間距太大，兩電極間電阻増大，反應物擴散到電極表面的距離太大，傳質速率受到影響。優選地，所述的反應池設置為3 5個且相互連通，所有反應池內的光催化電極對依次串聯，提聞制氧效率。優選地，所述集氫裝置為真空集氫裝置，該集氫裝置還可以是其他任何能夠滿足本專利技術要求的氫氣收集裝置。為了方便及時的對收集的氫氣進行檢測分析，優選地，所述氫氣收集裝置上連有氣相色譜儀。本專利技術還提供了ー種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的エ藝，包括將含有有機污染物的廢水引入反應池中，反應池內的陽極為可見光響應型光電極，陰極均為產氫電極，通過太陽能電池為反應池內的電極提供電壓；太陽光照射所述陽極，磁力攪拌所述反應池內的廢水，收集產生的氫氣。作為優選，所述陽極由BiVWO4光催化材料制成。所述BiVWO4光催化材料由以下方法制備所述BiVWO4光催化材料由以下方法制備將FTO導電玻璃依次用無水こ醇和蒸餾水交替超聲清洗，表面干燥后用電阻儀測定FTO導電玻璃的導電面，朝上作為基底待用；分別將含Bi3+、V3+、W6+的前驅體溶液A緩慢逐滴滴至所述導電面上，在25到40°C下風干，得負載的電極片；將負載的電極片在管式爐中450 500°C煅燒3 4小時，自然冷卻至室溫后即得。作為優選，將所述前驅體溶液A分多次滴加，毎次滴加后在25到40°C下風干，再進行下一次的滴加，確保制得的催化劑膜厚更均一，從而有利于提高催化材料對可見光的吸收利用，表現出更優的光電催化活性。作為優選，所述前驅體溶液A的溶劑為こ醇或者こニ醇，溶質選擇硝酸鉍，三氯化fL，六氯化鶴。體積摩爾濃度為10 30mM。所述前驅體溶液A中的Bi3+、V3+、W6+的摩爾比為3 5 4 6 O. 5 I. 5。采用本專利技術自制的BiVWO4電極，可以有效提高光催化材料的穩定性，抑制其自身氧化作用，井能促進電子轉移，抑制光生電子空穴對復合，提高去除污染物和產氫的效率。本專利技術的有益效果(I)巧妙地將太陽能光伏電池系統、光電催化降解污染物系統、電解水制氫系統自耦合匹配，構建了新型、高效的以太陽能為驅動的光電降解污染物耦合制氫系統，將太陽能光電化學轉化為清潔的氫能，同時實現了廢水處理。(2)采用了過渡金屬摻雜改性的新型可見光響應型光電陽極，解決了傳統光催化技術只能利用紫外光作為光源的限制，大大提高了光催化的量子效率和污染物降解速率。 (3)適合于從液體中去除還原性有機污染物，可以去除醛、芳香族之類的有機污染物、醇類等，并制備了清潔能源氫氣。(4)本專利技術裝置操作簡單，設備緊湊，各種參數容易控制，可根據需要隨時調節。(5)本專利技術裝置運行時利用取之不盡的太陽能，產生綠色能源氫氣，不會對環境造成二次污染，是ー種緑色的水處理方法。本專利技術將電解水制氫和太陽能光催化降解污染物制氫兩種清潔的制氫技術協同耦合，以太陽能光伏電池作為驅動，構成太陽能驅動的光電催化降解污染物耦合制氫的新型裝置，既可以解決電解水制氫技術存在的電能成本高的難題，又可為光催化制氫技術提供一定的偏壓，使光生電子及時傳遞到對電極，從而有效抑制了光生電子和空穴的復合，促進了有機污染物的降解和氫氣的產生，實現了高效產氫、去除污染、提高經濟性等多重目標，在緩解能源危機、減少環境污染等方面具有非常重要的科學價值和深遠的現實意義。附圖說明圖I是本專利技術的結構示意圖。具體實施例方式如圖I所示，ー種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置，包括反應器4，反應器4由透光性好的石英、玻璃或者有機玻璃制成，本實施方式中采用石英制成，反應器4為封閉式反應器，反應器4的底部帶有磁力攪拌器7，反應器I內由石英或玻璃隔板分隔為3 5個相對獨立的反應池，隔板上設有流通孔12，溶液本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種利用太陽能驅動的光電催化降解有機污染物耦合制氫的裝置，包括反應器、集氫裝置和光源，其特征在于，還包括一太陽能電池，所述反應器內設有至少一個反應池，所述反應池內設有至少一對光催化電極對，所述光催化電極對通過所述太陽能電池供電，所述反應池底部設有磁力攪拌器，所述反應池內設有磁子。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：叢燕青，金曉林，孫愛蕓，丁衛徐，劉亞莉，吳俊彥，張軼，
申請(專利權)人：浙江工商大學，
類型：發明
國別省市：
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