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光催化工程示范装置engineering demonstration device

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置

产品中心:光催化工程示范装置品牌:泊菲莱浏览量:191
从1972年日本科学家藤岛昭发现光催化现象开始,光催化已经有五十年的发展历程,近些年,光催化研究也开始从实验室基础研究逐渐向产业化发展,随之而来的是反应装置的配套升级,将实验室内简单的光催化反应系统转变为户外可以太阳光直接照射的大面积反应装置。
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从1972年日本科学家藤岛昭发现光催化现象开始,光催化已经有五十年的发展历程。近些年,光催化研究也开始从实验室基础研究逐渐向产业化发展,随之而来的是反应装置的配套升级,将实验室内简单的光催化反应系统转变为户外可以太阳光直接照射的大面积反应装置。

“氢农场”项目(Hydrogen Farm Project (HFP))由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿团队在《Angew》杂志发表题为《A Hydrogen Farm Strategy for Scalable Solar Hydrogen Production with Particulate Photocatalysts》成果时提出。“氢农场”项目采用BiVO4晶体充当水氧化光催化剂,用以实现用于太阳能存储和制氢的HFP,实现STC(Solar-to-Chemical)超过1.9%和STH(Solar-to-Hydrogen)超过1.8%,由于这种方法主要类似于农业农场的过程,即大规模种植农作物,然后在农作物成熟后集中收获,因此团队将其命名为“氢农场”项目。

泊菲莱科技直接太阳光阵列式平板光化学反应系统

泊菲莱科技直接太阳光阵列式平板光化学反应系统

 

泊菲莱科技联合中科院大连化物所李灿院士团队推出PLR-SPR系列平板式光化学反应装置,使实验室中合成的光催化剂,在太阳光的直接作用下,得到了大面积产业化的验证。相较于传统的釜式反应器,平板式反应器具有受光面积更大,催化剂的光照均匀性更高,反应物与催化剂的传质效率更高,放大效应小等优势,是光催化反应体系向户外应用转化的不二之选。

为了更好的推动平板式反应器的规模化应用,泊菲莱科技推出的PLR-SPR系列平板式光化学反应装置在应用场景上进行了更精细的划分。

PLR-SPRL实验级平板式光化学反应装置体积小巧,适用于初期的实验条件摸索,主要用于光催化反应的前期条件摸索,包括催化剂负载量的优化,流速的优化,反应器材质选择等。

PLR-SPRL实验级平板式光化学反应装置

PLR-SPRF小试级平板式光化学反应装置体积较大,适用于中期户外量程可行化的验证,主要用于光催化反应的条件确认后的放大性验证和户外实验验证,包括反应器材质的优化,热量传递的优化,传质效率的优化以及大面积催化剂负载工艺的优化等。

PLR-SPRF小试级平板式光化学反应装置

平板反应器助力光催化摩尔级产氢

 

PLR-SPRG量产级平板式光化学反应装置可将反应器按照阵列形式进行串联或者并联,实现后期的规模化量产,主要用于光催化反应的规模化生产。

PLR-SPRG量产级平板式光化学反应装置

 

优势详解

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置在催化剂固定、扰流设计、床层设计、管路设计、反应器结构等方面具有一系列的特点和优势,适用于光化学反应研究和工业生产。

平板反应器的优势

1. 高的光照效率与光照均匀度

不同于传统的釜式反应器,PLR-SPR系列平板式光化学反应装置结构呈扁平状,催化剂可均匀分散在板式反应器中。反应过程中,催化剂的受光面积更大,与光源距离基本一致且无遮挡,催化剂的光照效率和光照均匀度更高,可提高光反应速率同时减少因局部反应过快而造成的副反应。

2. 高效的传质效率和循环效率

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置综合考虑了反应器的尺寸与边缘结构,并在反应器内设计了扰流层,使反应物在反应器中快速混合均匀,减少了反应器中的死体积,提高了传质效率,有利于提高光催化反应的速率同时减少局部浓度产物积累而导致的副反应。

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置的床层设计保留了薄层液相结构,充分增大催化剂与反应物的接触面积,以确保充分接触和有效反应。为了避免床层过薄出现阻力大,体系压力过高等现象,通过仿真模拟匹配了最佳的催化剂床层和流体层高度,同时采用了更合理的管道布局和连接方式保证了体系高的循环效率与稳定性。

平板反应器充分增大催化剂与反应物的接触面积

3. 优秀的气密性和稳定性

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置采用长寿命、耐腐蚀、耐高温密封胶圈进行密封,具备良好的气密性,确保反应过程中不会发生泄漏,保障实验的准确性和稳定性。

在压力设计方面,为了延长平板的使用寿命PLR-SPR系列平板式光化学反应装置进行了相应的耐压结构设计,保证了装置的稳定性和安全性。

平板反应器耐压仿真图

图1.平板反应器耐压仿真图

4. 实时监测多种数据

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置还配备了pH测量功能,能够实时监测反应体系的酸碱性,以调节反应条件和优化反应效果。此外还可以选配温度、压力、环境湿度、氧化还原电位、太阳辐射度、紫外辐射度等数据的监测模块。

此外,PLR-SPR系列平板式光化学反应装置还拥有多项专利技术,其中独特的快拆设计(专利号:202220428290.X)使得装置易于维护和清洗,提高了操作便捷性和实验效率。

平板反应器快拆结构示意图

图2.平板反应器快拆结构示意图

5. 灵活的定制方案

为了适用于不同的反应体系,PLR-SPR系列平板式光化学反应装置提供灵活的定制化方案,包括反应器及管路规格、材质、流速、催化剂床层高度、液层高度、换热体系、气液分离及数据监测等多个参数均可进行个性化定制,为不同光催化反应体系量身定造最优的平板式反应器。

 

PLR-SPR系列平板式光化学反应装置
参数 PLR-SPRL实验室级 PLR-SPRF小试级 PLR-SPRG量产级
反应器尺寸 10×10 cm ²,可选5×5、15×15、20×20、25×25 cm ² 0.1 m ²,可选0.25、0.5 m ² 0.5 m ²,可选5 m ²、10 m ²
反应流量 0~1 L/min 5~10 L/min 25~120 L/min
储液池 0.2~0.8 L 10 L 10~1000 L
支架单元 桌面型 落地型 户外型
管路 PU管、四氟管、不锈钢管、PPR管 不锈钢管 不锈钢管
应用场景 室内/户外 室内/户外 户外
所需面积 桌面2m ² 地面5~10m ² 地面10~100m ²
应用领域 光催化:光催化分解水、液态阳光、光催化污水降解
光电催化:光伏光电催化分解水
  • Zhou, Qixin; Guo, Yan*; Zhu, Yongfa*, Photocatalytic sacrificial H2 evolution dominated by micropore-confined exciton transfer in hydrogen-bonded organic frameworks. Nature Catalysis 2023.
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