專利名稱：光催化分離膜性能測試裝置及其測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試裝置及測試方法，尤其是光催化分離膜 性能測試裝置及其測試方法。
背景技術：
光催化技術可以充分利用取之不盡、用之不竭的太陽能，在 常溫常壓、不消耗其他能源和材料的條件下將水分解產(chǎn)生氫氣、降解一系列 的有機化合物和一些如細菌、病菌、病毒等微生物，從而有效地解決社會可 持續(xù)發(fā)展所面臨的可再生能源和環(huán)境污染這兩個問題。作為實現(xiàn)光催化技術 的物質(zhì)基礎，光催化劑的性能起著決定性的作用，在將其實際應用前，如能 定量地知悉光催化劑的性能指標，則極利于其效能的充分發(fā)揮。為此，人們 作了一些嘗試和努力，試圖建立起相應的測試裝置和測試方法，以對光催化劑產(chǎn)品的性能進行定量的測試，如在2003年4月9日公開的中國發(fā)明專利申 請公開說明書CN 1409109A中披露的一種"納米粉體材料光催化性能評估方 法"。它包括建立光催化裝置，配制光催化降解溶液，添加待評估的納米粉體 材料，光催化降解反應，離心、取溶液，測定末吸光度和評估納米粉體材料 光催化性能七個操作步驟，其中的光催化裝置由夾層式恒溫反應器中置有紫 外燈和撹拌子構(gòu)成。但是，無論是這種評估方法，還是實現(xiàn)方法的裝置均存 在著不足之處，首先，僅能對納米粉體材料的光催化性能進行測試，而不能 對光催化分離膜的性能進行測試；其次，操作步驟繁雜，極易出錯；最后， 自動化程度低，不能實時地在線評估。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題為克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提 供一種結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高，使用方便的光催化分離膜性能測試裝置及其測試方法。光催化分離膜性能測試裝置包括光源、反應容器和其內(nèi)置的光催化物， 特別是(a)所說反應容器包含相連通的待降解物容器和反應物容器，所說光催化物為光催化分離膜，所說光催化分離膜置于所說待降解物容器與反應 物容器之間，且將待降解物容器與反應物容器相隔離；(b)所說光源置于待 降解物容器一側(cè)，且與光催化分離膜平行設置；(c)所說待降解物容器的進口處依次連接有流量傳感器、電磁調(diào)節(jié)閩、增減壓器和待測物容器，所說反 應物容器的出口處連接有檢測器，所說流量傳感器、電磁調(diào)節(jié)閥、增減壓器 和檢測器均與計算機電連接。作為光催化分離膜性能測試裝置的進一步改進，所述的光源為可見光或紫外光；所述的可見光為波長為500mn的可見光，紫外光為波長為365mn的 紫外光或波長為254mn的紫外光；所述的待降解物容器中置有壓力傳感器， 所說壓力傳感器與計算機電連接；所述的反應物容器中置有溫度傳感器，所 說溫度傳感器與計算機電連接；所述的檢測器為紫外-可見光分光光度計或氣 相色譜儀或相應氣體的專用氣體檢測儀；所述的檢測器與容器相連接。光催化分離膜性能測試裝置的測試方法包括待降解物的配制和光的催 化，特別是方法包含以下步驟(a)根據(jù)測試目的，配制相應的流體，對于 液相的光催化降解反應，配制溶液，對于氣相的光催化降解反應，配制氣體； (b)根據(jù)測試需要，選擇相應的檢測器，對于液相流體的光催化降解反應， 選擇紫外-可見光分光光度計，對于氣相流體的光催化降解反應，選擇氣相色 譜儀或相應氣體的專用氣體檢測儀；(c)根據(jù)待測的光催化分離膜的類型， 確定光源為可見光或紫外光；(d)由計算機按設定的流量控制光降解的過 程，并由檢測器測得降解數(shù)據(jù)；(e)由計算機根據(jù)配制流體的濃度和測得的數(shù)據(jù)，按公式p-二計算出光催化分離膜的光催化量子效率，式中p為催化 劑的量子產(chǎn)率、r為反應速率(每秒反應的分子摩爾數(shù))、p為光子流量(每秒有效光子數(shù))；(f)由計算機按吸附曲線計算出光催化分離膜的吸附量，從而獲得所測試的光催化分離膜的性能。作為光催化分離膜性能測試裝置的測試方法的進一步改進，所述的溶液為20pmol/L的亞甲基藍流體或20mg/L的苯酚流體；所述的氣體為5|imol/L 的甲醛流體或5pmol/L的三氯乙烯流體。相對于現(xiàn)有技術的有益效果是，其一，釆用將光催化分離膜置于待降解 物容器與反應物容器之間，并將兩者相隔離，光源置于待降解物容器一惻， 且與光催化分離膜平行設置的結(jié)構(gòu)，為使用液相流體或氣相流體待降解物測 試光催化分離膜奠定了物質(zhì)基礎。選用于待降解物容器的進口處依次連接流量傳感器、電磁調(diào)節(jié)閥、增減壓器和待測物容器，反應物容器的出口處連接 檢測器，且流量傳感器、電磁調(diào)節(jié)閥、增減壓器和檢測器均與計算機電連接的構(gòu)造，增加了測試裝置的自動化程度，使測試的過程具有了智能化；其二， 測試裝置的整體結(jié)構(gòu)簡單、造價低，運行可靠，測試和分析的種類齊全，既 能測試光催化分離膜對液相流體的降解性能、又能測試其對氣相流體的降解性能，且測試的速度快，數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好；其三，測試方法科學可行，且貼近 和涵蓋了被測試的光催化分離膜可能的使用范圍，測試的步驟簡潔，測定的 數(shù)據(jù)真實可靠，可作為被測光催化分離膜實際使用時的直接依據(jù)。作為有益效果的進一步體現(xiàn)， 一是光源為可見光或紫外光，可見光的波 長優(yōu)選為500mn的可見光，紫外光的波長優(yōu)選為36Snrn的紫外光或2Mnm的紫外光，既使被測試的光催化分離膜的受光范圍得到了較大的擴展，又對常 用的被測試的光催化分離膜的光敏性具有了針對性；二是待降解物容器和反 應物容器中還分別置有與計算機電連接的壓力傳感器和溫度傳感器，它們均提升了測試裝置的智能化程度，使測得的結(jié)果更具有了可比性；三是檢測器采用紫外-可見光分光光度計或氣相色譜儀或相應氣體的專用氣體檢測儀，使 其不僅能適用于液相光催化降解反應的測試，也能適用于氣相光催化降解反應的測試；四是溶液選用20nmol/L的亞甲基藍流體或20mg/L的苯酚流體，完全有代表性地測試出了光催化分離膜于液相流體條件下的性能；五是氣體選為5)imol/L的甲醛流體或5^unol/L的三氯乙烯流體，即可有代表性地測試出光催化分離膜于氣相流體條件下的性能。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選方式作進一步詳細的描述.。圖1是本發(fā)明光催化分離膜性能測試裝置的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是亞甲基藍于圖1所示測試裝置上被待測光催化分離膜降解前后的濃度變化圖，其中，橫坐標為時間，縱坐標為濃度，圖中的A點為光照的起始點；圖3是亞甲基藍于圖l所示測試裝置上被待測光催化分離膜降解前后的 壓力變化圖，其中，橫坐標為時間，縱坐標為壓力，圖中的A點為光照的起 始點。
具體實施方式
參見圖l，光催化分離膜性能測試裝置的構(gòu)造為光催化分離膜3置于相連通的待降解物容器2和反應物容器6之間，并將其相隔離。光源1置于待降解物容器2—側(cè)，且與光催化分離膜3平行設置；其中，光源l根據(jù)被測試的光催化分離膜來選用可見光或紫外光，若選可見光，則 選波長為500mn的可見光，若逸紫外光，則選波長為365咖的紫外光或波長 為254mn的紫外光。待降解物容器2中置有壓力傳感器9,待降解物容器2 的進口處依次連接有流量傳感器10、電磁調(diào)節(jié)閥ll、增減壓器12和待測物 容器13。反應物容器6中置有溫度傳感器7，反應物容器6的出口處依次連 接有檢測器4和容器5;其中，檢測器4為紫外-可見光分光光度計(當用液相流體降解測試時；若用氣相流體降解測試時，則使用氣相色譜儀或相應氣 體的專用氣體檢測儀)。上述壓力傳感器9、流量傳感器IO、電磁調(diào)節(jié)閥ll、 增減壓器12、檢測器4和溫度傳感器7均與計算機8電連接。參見圖l、圖2和圖3，光催化分離膜性能測試裝置的測試方法為 實施例1:按以下步驟依次完成測試a)根據(jù)測試二氧化鈦光催化分 離膜降解液相亞甲基藍的活性之目的，配制20pfflol/L的亞甲基藍溶液后將 其置于待測物容器中。b)選擇檢測器為紫外-可見光分光光度計，用于測試 反應后的亞甲基藍溶液的濃度。c)將待測試的光催化分離膜安裝于相連通 的待降解物容器和反應物容器之間，并將其相隔離。確定光源為紫外光，其 波長選為365nm、光子流量選為每秒6. 94 x i(T摩爾光子，將該紫外光源安裝在待降解物容器一側(cè)，且與光催化分離膜平行設置。d)由計算機按設定 的lmVh的流量控制光降解的過程，計算機根據(jù)實際流量與設定流量的差發(fā) 出信號調(diào)節(jié)電磁調(diào)節(jié)閥以保持流量的穩(wěn)定。其中的亞甲基藍在紫外光源和光 催化分離膜的共同作用下被降解，降解后的亞甲基藍溶液流經(jīng)紫外-可見光分 光光度計得到反應物容器出口處的亞甲基藍濃度變化曲線，紫外-可見光分光 光度計的輸出由計算機記錄并控制降解的進程。e)由計算機根據(jù)亞甲基藍 溶液降解前后的濃度差，得出反應速率為每秒反應1.388 xl(T摩爾分子，光催化分離膜的光催化量子效率為2% (由公式p-二計算出)。f)由計算機以待測試的光催化分離膜于無光照時對亞甲基藍引起的濃度變化曲線是其對 亞甲基藍的吸附曲線，計算出被測試的光催化分離膜的吸附量為O.Olmg.,從而獲得所測試的光催化分離膜的性能。實施例2:按以下步驟依次完成測試a)根據(jù)測試二氧化鈦光催化分 離膜降解液相苯酚的活性之目的，配制20mg/L的苯酚溶液后將其置于待測物 容器中。b)選擇檢測器為紫外-可見光分光光度計，用于測試反應后的苯酚 溶液的濃度。c)將待測試的光催化分離膜安裝于相連通的待降解物容器和 反應物容器之間，并將其相隔離。確定光源為紫外光，其波長選為254nm、 光子流量選為每秒8.02><1()-7摩爾光子，將該紫外光源安裝在待降解物容器 一側(cè)，且與光催化分離膜平行設置。d)由計算機按設定的0.5mVh的流量 控制光降解的過程，計算機根據(jù)實際流量與設定流量的差發(fā)出信號調(diào)節(jié)電磁 調(diào)節(jié)閥以保持流量的穩(wěn)定。其中的苯酚在紫外光源和光催化分離膜的共同作 用下被降解，降解后的苯酚溶液流經(jīng)紫外-可見光分光光度計得到反應物容器 出口處的苯酚濃度變化曲線，紫外-可見光分光光度計的輸出由計算機記錄并 控制降解的進程。e)由計算機根據(jù)苯酚溶液降解前后的濃度差，得出反應 速率為每秒反應1.604 xl(T摩爾分子，光催化分離膜的光催化量子效率為0.2% (由公式^ = 二計算出)。f )由計算機以待測試的光催化分離膜于無光照時對苯酚引起的濃度變化曲線是其對苯酚的吸附曲線，計算出被測試的光 催化分離膜的吸附量為10—4mg,從而獲得所測試的光催化分離膜的性能。實施例3:按以下步驟依次完成測試a)根據(jù)測試二氧化鈦光催化分 離膜降解氣相甲醛的活性之目的，配制5pmol/L的甲醛氣體后將其置于待測 物容器中。b)選擇檢測器為甲醛專用氣體檢測儀，用于測試反應后的甲醛 氣體的濃度。c)將待測試的光催化分離膜安裝于相連通的待降解物容器和 反應物容器之間，并將其相隔離。確定光源為紫外光，其波長選為254nm、 光子流量選為每秒6.94x10-7摩爾光子，將該紫外光源安裝在待降解物容器 一側(cè)，且與光催化分離膜平行設置。d)由計算機按設定的1m7h的流量控 制光降解的過程，計算機根據(jù)實際流量與設定流量的差發(fā)出信號調(diào)節(jié)電磁調(diào) 節(jié)閥以保持流量的穩(wěn)定。其中的甲醛氣體在紫外光源和光催化分離膜的共同 作用下被降解，降解后的甲醛氣體流經(jīng)甲醛專用氣體檢測儀得到反應物容器 出口處的甲醛濃度變化曲線，甲醛專用氣體檢測儀的輸出由計算機記錄并控制降解的進程。e)由計算機根據(jù)甲醛氣體降解前后的濃度差，得出反應速率為每秒反應3. 47 x 10—8摩爾分子，光催化分離膜的光催化量子效率為5% (由公式^ = 二計算出)。f)由計算機以待測試的光催化分離膜于無光照時對甲 伊醛引起的濃度變化曲線是其對甲醛的吸附曲線，計算出被測試的光催化分離 膜的吸附量為10"mg，從而獲得所測試的光催化分離膜的性能。實施例4:按以下步驟依次完成測試a)根據(jù)測試摻雜的二氧化鈦光 催化分離膜降解氣相三氯乙烯的活性之目的，配制5畔01幾的三氯乙烯氣體 后將其置于待測物容器中。b)選擇檢測器為氣相色譜儀，用于測試反應后 的三氯乙烯氣體的濃度。c)將待測試的光催化分離膜安裝于相連通的待降 解物容器和反應物容器之間，并將其相隔離。確定光源為紫外光，其波長選 為500rnn、光子流量選為每秒5. 12 x 10—7摩爾光子，將該紫外光源安裝在待 降解物容器一側(cè)，且與光催化分離膜平行設置。d)由計算機按設定的1m7h 的流量控制光降解的過程，計算機根據(jù)實際流量與設定流量的差發(fā)出信號調(diào) 節(jié)電磁調(diào)節(jié)閱以保持流量的穩(wěn)定。其中的三氯乙烯氣體在紫外光源和光催化 分離膜的共同作用下被降解，降解后的三氯乙烯氣體流經(jīng)氣相色譜儀得到反 應物容器出口處的三氯乙烯濃度變化曲線，氣相色譜儀的輸出由計算機記錄 并控制降解的進程。e)由計算機根據(jù)三氯乙烯氣體降解前后的濃度差，得 出反應速率為每秒反應1. 536 x 10—s摩爾分子，光催化分離膜的光催化量子效率為3%(由公式^ = 二計算出)。f)由計算機以待測試的光催化分離膜于無光照時對三氯乙烯引起的濃度變化曲線是其對三氯乙烯的吸附曲線，計算 出被測試的光催化分離膜的吸附量為10—5mg，從而獲得所測試的光催化分離 膜的性能。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明的光催化分離膜性能測試裝置及 其測試方法進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若 本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則 本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種光催化分離膜性能測試裝置，包括光源(1)、反應容器和其內(nèi)置的光催化物，其特征在于(a)所說反應容器包含相連通的待降解物容器(2)和反應物容器(6)，所說光催化物為光催化分離膜(3)，所說光催化分離膜(3)置于所說待降解物容器(2)與反應物容器(6)之間，且將待降解物容器(2)與反應物容器(6)相隔離；(b)所說光源(1)置于待降解物容器(2)一側(cè)，且與光催化分離膜(3)平行設置；(c)所說待降解物容器(2)的進口處依次連接有流量傳感器(10)、電磁調(diào)節(jié)閥(11)、增減壓器(12)和待測物容器(13)，所說反應物容器(6)的出口處連接有檢測器(4)，所說流量傳感器(10)、電磁調(diào)節(jié)閥(11)、增減壓器(12)和檢測器(4)均與計算機(8)電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化分離膜性能測試裝置,其特征是光源(1 ) 為可見光或紫外光。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光催化分離膜性能測試裝置，其特征是可見光 為波長為500nm的可見光，紫外光為波長為365nm的紫外光或波長為254mn 的紫外光。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化分離膜性能測試裝置，其特征是待降解 物容器(2)中置有壓力傳感器(9)，所說壓力傳感器(9)與計算機(8)電連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化分離膜性能測試裝置，其特征是反應物 容器(6)中置有溫度傳感器(7),所說溫度傳感器(7)與計算機(8)電連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化分離膜性能測試裝置，其特征是檢測器 (4)為紫外-可見光分光光度計或氣相色譜儀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的光催化分離膜性能測試裝置，其特征是檢 測器(4)與容器(5)相連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光催化分離膜性能測試裝置的測試方法，包括待降解物的配制和光的催化，其特征在于所說方法包含以下步驟U)根據(jù)測試目的，配制相應的流體，對于液相的光催化降解反應， 配制溶液，對于氣相的光催化降解反應，配制氣休；(b) 根據(jù)測試需要，選擇相應的檢測器，對于液相流體的光催化降解反應，選擇紫外-可見光分光光度計，對于氣相流體的光催化降解反應，選擇氣相色譜儀；(c) 根據(jù)待測的光催化分離膜的類型，確定光源為可見光或紫外光；(d) 由計算機按設定的流量控制光降解的過程，并由檢測器測得降解數(shù)據(jù)；(e) 由計算機根據(jù)配制流體的濃度和測得的數(shù)據(jù)，按公式/^二計算 出光催化分離膜的光催化量子效率，式中p為催化劑的量子產(chǎn)率、r為反應速率、^為光子流量；(f) 由計算機按吸附曲線計算出光催化分離膜的吸附量，從而獲得所 測試的光催化分離膜的性能。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化分離膜性能測試裝置的測試方法，其特 征是溶液為20拜ol/L的亞甲基藍流體或20mg/L的苯鼢流體。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光催化分離膜性能測試裝置的測試方法，其 特征是氣體為5nmol/L的甲醛流體或5一ol/L的三氯乙烯流體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光催化分離膜性能測試裝置及其測試方法。裝置為光催化分離膜(3)置于進口處依次連接有流量傳感器(10)、電磁調(diào)節(jié)閥(11)、增減壓器(12)和待測物容器(13)的待降解物容器(2)與出口處連接有檢測器(4)的反應物容器(6)之間，光源(1)與光催化分離膜(3)平行設置，流量傳感器(10)、電磁調(diào)節(jié)閥(11)、增減壓器(12)和檢測器(4)均與計算機(8)電連接；方法包括配制流體、選擇檢測器、確定光源，由計算機控制光降解過程，并根據(jù)流體的濃度和檢測器測得的數(shù)據(jù)，按公式ρ=r/φ和吸附曲線計算出光催化分離膜的光催化量子效率和吸附量，從而獲得光催化分離膜的性能。它能自動、全面地測試出光催化分離膜的性能。
文檔編號G01N31/10GK101221155SQ20071001956
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月10日
發(fā)明者平 崔, 勇 李, 胡科研 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院