一种光解水气体收集装置及其收集方法

本申请涉及气体分离，尤其涉及一种光解水气体收集装置及其收集方法。

背景技术：

1、光解水是指利用光能将水分解为氢气和氧气的化学反应，这种反应可以用于制备氢气和氧气，是一种较清洁的能源制备方法，而氢能源作为高效理想的二次能源收到广泛重视，因此光解水制氢为清洁能源的发展提供了新的思路和方向。

2、光解水化学反应后需要将生成的氢气和其他气体进行分离，以保证收集到氢气的纯度，然而现有技术中的制氢设备结构较简单，在化学反应完成后直接使用不同的容器分别收集气体，无法有效分离氢气和其他杂质气体，导致制备出氢气的纯度较低，因此有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本申请实施例提供一种光解水气体收集装置及其收集方法，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

2、第一方面，本申请实施例提供了一种光解水气体收集装置，包括：光电反应机构，用于进行光解水化学反应；第一冷凝机构，用于维持所述光电反应机构的温度恒定；所述第一冷凝机构连接所述光电反应机构；第二冷凝机构，用于分离所述光电反应机构产生的气体和液体；所述第二冷凝机构的一端连接所述光电反应机构，所述第二冷凝机构的另一端连接所述第一冷凝机构；收集机构，用于收集所述第二冷凝机构完成分离后的气体和液体；所述收集机构连接所述第二冷凝机构。

3、在一种实施方式中，所述光电反应机构包括：催化反应池；在所述催化反应池内设置有可将催化反应池分隔为第一电极室和第二电极室的质子交换膜；所述第一电极室分别连接所述第一冷凝机构和第二冷凝机构；所述第二电极室分别连接所述第一冷凝机构和第二冷凝机构。

4、在一种实施方式中，在所述催化反应池内设置有有机污染源、及可外加偏压的电化学工作站。

5、在一种实施方式中，所述第一冷凝机构包括：冷阱、冷凝夹层、第一冷凝液输入管及第一冷凝液输出管；所述冷凝夹层设置在所述催化反应池的外侧；所述冷阱连接所述第二冷凝机构；所述第一冷凝液输入管分别连接所述冷阱和所述冷凝夹层；所述第一冷凝液输出管分别连接所述冷阱和所述冷凝夹层。

6、在一种实施方式中，所述第一冷凝液输入管连接于所述冷凝夹层的下端；所述第一冷凝液输出管连接于所述冷凝夹层的上端。

7、在一种实施方式中，所述第二冷凝机构包括：蛇形冷凝管、第二冷凝液输入管及第二冷凝液输出管；所述蛇形冷凝管连接所述催化反应池；所述第二冷凝液输入管分别连接所述冷阱和所述蛇形冷凝管；所述第二冷凝液输出管分别连接所述冷阱和所述蛇形冷凝管。

8、在一种实施方式中，在所述第一电极室处设置有第一气体输出管；所述第一气体输出管连接所述蛇形冷凝管的一侧；在所述第二电极室处设置有第二气体输出管；所述第二气体输出管连接所述蛇形冷凝管的另一侧。

9、在一种实施方式中，所述收集机构包括：至少一液体收集器、及至少一尾气输出管；所述液体收集器和所述尾气输出管均连接所述蛇形冷凝管。

10、第二方面，本申请实施例提供了一种应用于光解水气体收集装置的收集方法，包括：

11、收集装置运作时，催化反应池中第一电极室设置为阳极室，第二电极室设置为阴极室，催化反应池在光照和外加偏压的作用下进行光解水反应；

12、冷阱中的冷凝液分别通过第一冷凝液输入管和第二冷凝液输入管进入到冷凝夹层和蛇形冷凝管中，使催化反应池在冷凝夹层的冷却作用下维持稳定的工作温度；

13、光解水反应后，水中的氢离子在阴极室得电子并生成氢气，且氢气由第二气体输出管进入到蛇形冷凝管中；水在阳极室中被氧化并生成混合气体，且混合气体由第一气体输出管进入到蛇形冷凝管中；

14、混合气体经过蛇形冷凝管时被冷却后低温液化为液态气体，液态气体流入到液体收集器内；氢气经过蛇形冷凝管时未被低温液化，纯净氢气由尾气输出管排出。

15、在一种实施方式中，所述收集装置运作时包括：阳极室内设置有光阳极，阴极室内设置有光阴极，利用氙灯进行照射，并通过电化学工作站外加偏压；当装置采用双电极体系进行光电催化水分解制氢与有机污染物降解时，在阳极室内额外添加有机污染源。

16、上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：

17、本申请的气体收集装置中设置有冷凝机构，通过冷凝机构既可保证光电反应机构工作时的温度恒定，又可对光电反应机构工作后输出的气体进行冷却降温，利用冷却后气体沸点之间的差异将氢气和其他气体进行分离，分离后氢气和液态杂质气体可分开收集，收集到的氢气更加纯净。

18、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

技术特征：

1.一种光解水气体收集装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光解水气体收集装置，其特征在于，所述光电反应机构包括：催化反应池；在所述催化反应池内设置有可将催化反应池分隔为第一电极室和第二电极室的质子交换膜；所述第一电极室分别连接所述第一冷凝机构和第二冷凝机构；所述第二电极室分别连接所述第一冷凝机构和第二冷凝机构。

3.根据权利要求2所述的光解水气体收集装置，其特征在于，在所述催化反应池内设置有有机污染源、及可外加偏压的电化学工作站。

4.根据权利要求2所述的光解水气体收集装置，其特征在于，所述第一冷凝机构包括：冷阱、冷凝夹层、第一冷凝液输入管及第一冷凝液输出管；

5.根据权利要求4所述的光解水气体收集装置，其特征在于，所述第一冷凝液输入管连接于所述冷凝夹层的下端；所述第一冷凝液输出管连接于所述冷凝夹层的上端。

6.根据权利要求4所述的光解水气体收集装置，其特征在于，所述第二冷凝机构包括：蛇形冷凝管、第二冷凝液输入管及第二冷凝液输出管；

7.根据权利要求6所述的光解水气体收集装置，其特征在于，在所述第一电极室处设置有第一气体输出管；所述第一气体输出管连接所述蛇形冷凝管的一侧；在所述第二电极室处设置有第二气体输出管；所述第二气体输出管连接所述蛇形冷凝管的另一侧。

8.根据权利要求6所述的光解水气体收集装置，其特征在于，所述收集机构包括：至少一液体收集器、及至少一尾气输出管；所述液体收集器和所述尾气输出管均连接所述蛇形冷凝管。

9.一种应用于权利要求1-8任一项所述的光解水气体收集装置的收集方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的收集方法，其特征在于，所述收集装置运作时包括：阳极室内设置有光阳极，阴极室内设置有光阴极，利用氙灯进行照射，并通过电化学工作站外加偏压；当装置采用双电极体系进行光电催化水分解制氢与有机污染物降解时，在阳极室内额外添加有机污染源。

技术总结本申请提出一种光解水气体收集装置及其收集方法，其技术方案要点包括：光电反应机构，用于进行光解水化学反应；第一冷凝机构，用于维持所述光电反应机构的温度恒定；所述第一冷凝机构连接所述光电反应机构；第二冷凝机构，用于分离所述光电反应机构产生的气体和液体；所述第二冷凝机构的一端连接所述光电反应机构，所述第二冷凝机构的另一端连接所述第一冷凝机构；收集机构，用于收集所述第二冷凝机构完成分离后的气体和液体；所述收集机构连接所述第二冷凝机构；本申请具有可通过冷却有效分离光解水反应中产生的氢气和杂质气体的优点。技术研发人员：李国强,李相融,梁杰辉,谢少华,王俊锟受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/10