以led作為輻照光源的光化學反應器的製作方法
2023-12-02 00:54:46 3
專利名稱：以led作為輻照光源的光化學反應器的製作方法
技術領域：
以LED作為輻照光源的光化學反應器
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件和光化學技術領域，特別是一種用LED作為輻照 光源誘導化學反應的光化學反應器。
背景技術：
光化學合成技術逐漸成為了一種重要的先進材料的製備方法，但目前使用的 光源還存在許多不足。例如，用於光化學合成的光源主要是汞燈光源，提供從紫 外到可見光(200納米-700納米)範圍內的輻射光。汞燈光源採用低壓汞燈、中壓 汞燈和高壓汞燈。低壓汞燈在室溫下主要發射253.7nm 184.9nm的紫外光，其中 184.9nm波長的高能輻射一般強度很低，必須採用超純石英窗口材料，此光才能透 過；中壓汞燈要在相對高的溫度下使用，要進行預熱操作，該燈發出的265.4nm ， 310nm和365nm的光具有相對高的強度，波長分布範圍廣；高壓汞燈有更多的譜線， 甚至成為連續譜線。汞燈光源由於採用有毒的汞，人們一直努力尋找其它環保性 的光源予以替代。
其次，由於光化學合成往往僅需要單色紫外光和近紅外光作為輻照光源，就 能方便地對輻射功率進行調製。而目前使用的汞光源，為了獲得狹長波長寬度的 光或者某一波長的單色光，避免反應產物對激發光源敏感，或者要選擇性地激發 分子中的某一基團， 一般需要用玻璃濾光器或溶液濾光器進行濾光處理；有時需 要利用混合溶液或多個溶液濾光器組合才可得到所需要的狹光。此外，處理的溶 液通常靜置於容器內，放在紫外燈下輻照，溶液受照強度不容易均勻，要改變輻 照條件也不靈活。相比之下，半導體發光二極體(LED)作為環保、長壽命的固 態光源顯示出了優越性，作為紫外光和近紅外光輻照光源在光化學合成方面具有 重要用途，各種波長的LED己經進入使用，可以用這些LED製作成不用汞燈的、 發光波長容易控制的光化學反應裝置。
實用新型內容
本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，而提供一種以LED作為輻照光源 的光化學反應器，該光化學反應器可以實現化學反應的可控制性，且節能，長壽命、 無毒物危害。本實用新型為解決上述問題所採用的方案是設計一種以LED作為輻照光源的 光化學反應器。它包括玻璃反應器、溶液循環單元、單片機控制單元和輻照光源， 其特徵在於所述輻照光源是安裝在桶狀體內側的LED陣列輻照光源；所述玻璃反 應器設置在輻照光源的桶狀體中心。
本實用新型的有益效果是本實用新型用半導體LED固態光源取代過去的汞 燈，節能，長壽命、無毒物危害；對輻照光源波長和強度可根據被處理溶液體系 的對輻照光的選擇性進行調整，靈活選用不同波長的LED單色光源；通過對LED 陣列的不同排布和對輸入光功率的精確控制，可使溶液受照均勻，進而對反應進 程進行控制，從而使溶液反應過程連續，得到合成效率高的所需產品。
圖1為以LED作為輻照光源的光化學反應器示意圖； 圖2為反應器內LED輻照光源配置的剖面示意圖。 以下結合本實用新型的實施例參照附圖進行詳細敘述。
具體實施方式
如圖l、 2所示，為本實用新型的一個實施例。本實用新型由LED陣列輻射單 元、玻璃反應器、溶液循環單元和單片機控制單元等組成。其中的輻照光源是採 用安裝在桶狀體內側的LED陣列輻照光源1。所述桶狀體可以是由柔性印刷電路板 巻曲而成，上面鑲嵌安裝有LED2。
LED陣列輻照光源中的LED為波長範圍在254納米-400納米之間的統稱為紫 外光的LED，以及波長範圍在800納米-1100納米之間的近紅外LED。紫外光LED 和近紅外光的LED，在電路板上混合排布，分別聯結控制。LED可以按串聯、並 聯或混聯方式聯結。輻照光源可以根據反應溶液情況確定LED的數目、功率和各 種波長的LED的組合方式，用單片機控制LED的發光。LED光作為反應溶液的輻 照光源，誘使反應發生。
所述玻璃反應器3,其形狀為圓柱形，材質是商業玻璃，選擇的商業牌號可以 是Suprasil玻璃，Corning9863玻璃、Pyrex化學玻璃或窗玻璃。玻璃反應器置於桶 狀體的柔性印刷電路板中心。本光化學反應器系統可以根據需要，將LED輻照光 源1和玻璃反應器3沿軸向垂直放置或者水平放置。
以玻璃反應器及其LED陣列垂直放置的溶液循環反應為例，說明本反應器系 統的結構與使用方法。所述溶液循環系統通過循環管路ll由連接在玻璃反應器兩端之間的活動連接頭4，閥門5，溶液槽6、過濾器7、恆溫器8、收集器9、混液 器10和循環泵12等組成。溶液循環管路的材質可以是塑料管和玻璃管。使用時， 循環溶液或新配製的溶液，經過溶液槽6，收集產物時，溶液經過過濾器7俘集固 體顆粒物並盛於容器8;若反應未結束，溶液直接循環到恆溫器9內被恆溫到指定 溫度，在混液器10內補充新溶液組分後，打開閥門，通過循環泵按一定流速向上 泵入玻璃反應器3，此時LED陣列1中的LED按照單片機預先設定的程序發光，溶 液在玻璃容器內停留後向上流動，沿溶液管路繼續循環。到設定的循環周期後， 關掉LED陣列和循環泵電源，通過7和8處理反應後的溶液，得到產品。
所述玻璃反應器的進口與出口處裝有與溶液循環單元管路連接的閥門。輻照 時，反應溶液可以在循環泵12的驅動下循環反應，或者關閉閥門5，停掉循環泵， 讓溶液靜置在玻璃反應器中連續接受輻照進行光化學反應。
反應器中所述控制單元，其核心是程序化的單片機，控制二極體陣列的輸入 功率和發光強度。反應器中所述溶液，可以是電解質水溶液、溶膠或離子液體體 系。
本實用新型的光化學反應器可以應用於諸如碳納米管的表面改性，納米金顆 粒和納米金棒的合成，光分解水制氫以及光催化廢水處理，以及有機配合物的合 成等領域。
權利要求1、一種以LED作為輻照光源的光化學反應器，包括玻璃反應器、溶液循環單元、單片機控制單元和輻照光源，其特徵在於所述輻照光源是安裝在桶狀體內側的LED陣列輻照光源；所述玻璃反應器設置在輻照光源的桶狀體中心。
2、 根據權利要求1所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在於 所述LED陣列輻照光源中的LED為波長範圍在254納米-400納米之間的統稱為紫 外光的LED，以及波長範圍在800納米-1100納米之間的近紅外光LED。
3、 根據權利要求2所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在於 所述紫外光和近紅外光的LED，在電路板上混合排布，分別聯結。
4、 根據權利要求1或3所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在 於所述LED按串聯、並聯或混聯方式聯結。
5、 根據權利要求1或3所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在 於所述玻璃反應器為圓柱形。
6、 根據權利要求1或3所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在 於所述玻璃反應器的進口與出口處裝有與溶液循環單元管路連接的閥門。
7、 根據權利要求5所述的以LED作為輻照光源的光化學反應器，其特徵在於 所述玻璃反應器的進口與出口處裝有與溶液循環單元管路連接的閥門。
專利摘要本實用新型提供一種以LED作為輻照光源的光化學反應器，屬於半導體器件和光化學應用技術領域。系統包括LED陣列輻射單元、玻璃反應器、溶液循環單元和單片機控制單元。該系統具有輻照光源波長和強度容易調整、溶液反應進程易控、節能、汙染小、過程連續、合成效率高的特點。該光化學反應器可以應用於碳納米管的表面改性，納米金顆粒和金納米棒的合成，光分解水制氫以及光催化廢水處理，以及有機配合物的合成等領域。
文檔編號B01J19/12GK201147688SQ20072009898
公開日2008年11月12日 申請日期2007年12月17日 優先權日2007年12月17日
發明者於文惠, 劉豔花, 李雪徵, 王達健, 董守安, 陸啟飛 申請人:天津理工大學