一種液相光催化測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種液相光催化測試裝置，用于測試薄膜樣品的光催化性能，其包括比色皿、發光檢測電路和接收光檢測電路，還包括反應池；所述比色皿通過抽吸泵和連通管道與反應池形成循環回路；所述發光檢測電路包括多個波長不同的發光二極管，所述接收光檢測電路包括硅光二極管，所述發光二極管和硅光二極管對稱位于比色皿的兩側；所述比色皿呈密封。本發明液相光催化測試裝置能夠連續檢測溶液濃度，具有測試快捷、分辨率高、可無人值守等優點，具有較好的應用前景。
【專利說明】
一種液相光催化測試裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種液相光催化測試裝置，屬于光催化材料性能測試裝置領域。
【背景技術】
[0002]環境污染是人類所面臨的最重要的問題之一。隨著經濟的發展，工業和生活廢水的排放量急劇上升，給全球環境問題帶來了日趨嚴重的危機。例如在我國工業廢水中，印染廢水因其有機物含量高、色度深、水質復雜、排放量大而成為難處理的工業廢水之一。而光催化氧化法是處理污水、凈化環境的有效途徑之一。具有光催化功能的納米粒子具有較大的比表面積，在一定波長的光線照射下受激生成電子-空穴對，從而具備極強的氧化-還原作用。可以在室溫下利用太陽能使水中、空氣中許多難降解的有機污染物完全轉化為無毒、無害的COdPH2O等小分子無機物，從而解決環境污染的問題。
[0003]在光照下，放入光催化劑后待測溶液中污染物濃度隨時間緩慢降低，通過測試濃度隨時間的變化關系可以評估材料的光催化性能。目前在測試材料的光催化性能上，主要為下面幾個步驟(I)每隔一段時間(如10分鐘)停止光照，抽取少量待測溶液并注入比色皿中，之后重新開啟光照并計時；(2)通過紫外可見光光度計測試比色皿中溶液的吸收曲線；
[3]通過吸光曲線的峰值確定吸光度并換算出溶液的濃度。這個方法中測試人員需要反復到現場或一直在現場操作;時間間隔的計時誤差也比較大;取出溶液后待測溶液體積減少，造成較大的測量誤差，特別是待測溶液量較小時誤差更大；由于每取一次溶液都會造成待測溶液減少，測試點較少，增加測試點則造成溶液減少加劇;反復開啟光照縮短光源壽命。因此一種低成本、通用化光催化溶液濃度的連續測量和記錄的裝置的開發很有必要。
【發明內容】
[0004]發明目的:本發明所要解決的技術問題是提供一種液相光催化測試裝置，該裝置具有成本低、測試簡便、精確以及可連續測量的優點。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為:
[0006]—種液相光催化測試裝置，包括比色皿、發光檢測電路和接收光檢測電路，還包括反應池;所述比色皿通過抽吸栗和連通管道與反應池形成循環回路;所述發光檢測電路包括多個波長不同的發光二極管，所述接收光檢測電路包括硅光二極管，所述發光二極管和硅光二極管對稱位于比色皿的兩側;所述比色皿呈密封。
[0007]進一步優選，所述比色皿為光程5mm或10mm、寬度1mm的長方體比色皿。
[0008]進一步優選，所述抽吸栗的抽取速度為2?20毫升/分鐘。
[0009]進一步優選，所述連通管道為聚四氟乙烯連通管道，所述連通管道的外徑為1.0?2.0毫米，管道壁厚為0.3?0.4毫米。
[0010]進一步優選，所述多個波長不同的發光二極管安裝于LED板上，通過移動LED板的位置來選擇將其中一個發光二級管的光照射在比色皿上。
[0011 ]進一步優選，所述反應池下方設有磁力攪拌器，磁力攪拌器通過磁力攪拌子對待測溶液進行攪拌。
[0012]本發明液相光催化測試裝置的工作原理:發光二極管發光光強恒定且發光波長和溶液最大吸收波長匹配時，硅光二極管的探測電流與比色皿中溶液的透射率具有很好的線性關系，比色皿的透光率越高，入射光強越大，硅光二極管的探測電流越大；因此通過讀取硅光二極管電流可以換算出比色皿中溶液的濃度，再通過抽吸栗連續將待測溶液抽入比色皿，即可動態記錄待測溶液濃度的變化。
[0013]相比于現有技術，本發明液相光催化測試裝置具有的有益效果為:
[0014]首先，本發明裝置成本低、操作簡便；
[0015]另外，本發明裝置在測試過程中待測溶液體積始終保持不變，測試精度高，無需反復開啟照射光源，不僅能夠精確的測試材料的光催化性能，而且還可以做到無人值守；
[0016]最后，本發明裝置能夠連續檢測溶液濃度，數據采集點密集，方便對采集的數據進行后續復雜的數據分析。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明液相光催化測試裝置的結構原理圖；
[0018]圖2為本發明液相光催化測試裝置的電路原理圖；
[0019]圖3為本發明液相光催化測試裝置的待測溶液濃度-探測電流關系曲線；
[0020]圖4為本發明液相光催化測試裝置的動態響應曲線。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于此。
[0022]如圖1所示，本發明液相光催化測試裝置，本實施例用于測試薄膜樣品15的光催化性能；其包括比色皿1、發光檢測電路和接收光檢測電路，還包括反應池12;比色皿I通過抽吸栗6和連通管道9與反應池12形成循環回路;發光檢測電路包括多個波長不同的發光二極管3，接收光檢測電路包括硅光二極管2，發光二極管3和硅光二極管2對稱位于比色皿I的兩偵L硅光二極管2和比色皿I均設置于支架8上，比色皿I通過密封塞4密封。
[0023]比色皿I為光程5mm、寬度10mm、高度30mm的長方體比色皿，比色皿I中的液面高20mm，液體體積為I毫升(5毫米X 1毫米X 20毫米=I毫升)；密封塞4為硅膠密封塞，呈T型，其下端塞進比色皿I中，密封塞4依靠固定支架5和螺釘施加的向下壓力達到密封比色皿I的效果;娃光二極管2尺寸為8 X 8mm;發光二極管(LED) 3為5mm的透明草帽發光二極管，發綠光中心波長550nm，多個波長不同的發光二極管3安裝于LED板14上，通過移動LED板14的位置來選擇將其中一個發光二級管3的光通過支架8上的進光孔7照射在比色皿I上;發光二極管3的波長和待測染料溶液的最大吸收波長相同，通過移動LED板14的位置來選擇合適的發光二極管3對比色皿I進行照射;進光孔7直徑5mm，其中心對準硅光二極管2;抽吸栗6的抽取速度為2?20毫升/分鐘，由供電電壓調節其抽取速度，抽吸栗6連續抽取待測溶液注入比色皿I，并返注入反應池12中；連通管道9材質為聚四氟乙烯，其外徑為1.2_，管道壁厚為0.3_;反應池12下方設有磁力攪拌器13，磁力攪拌器13通過磁力攪拌子11對待測溶液10進行攪拌。
[0024]本發明裝置發光檢測電路和接收光檢測電路的電路原理圖如圖2所示，其中:ICl為LM334恒流源，通過電阻Rl、二極管Dl和可變電阻R2組成恒流源，通過調節可變電阻R2的阻值改變恒流源的溫度系數，因為發光二極管3為負溫度系數，因此本恒流源為正溫度系數加以補償，調試要求為當接通LED3后溫度改變時硅光二極管接收光檢測電路不變;D2為硅光二極管2，其負極和地之間接入電流表測試通過硅光二極管D2的電流，通過數據采集卡或可連接電腦的電流表連接計算機，自動記錄探測電流。本實施例中恒流源當電源電壓變化時具有極低的電流改變，消除溫飄后輸出電流為?11毫安，電阻R3為限流保護電阻，阻值500歐，防止硅光二極管2短路。由12伏電源經穩壓模塊供電，電壓為7.0伏。
[0025]本實施例待測溶液10(羅丹明B)濃度C和-ln(I/IQ)的關系曲線如圖3所示，設比色皿I中裝去離子水時探測電流為1，通入羅丹明B溶液后電流為I，可以看出在低濃度O?2.5*10—5摩爾/升范圍內時待測溶液濃度C和-ln(I/1)兩者為較好的線性關系，直線擬合后R2 = 0.99982，很好符合吸光度公式C = -kln(T/To)，其中T和To分別為比色皿通入染料溶液和純水的透射率，說明探測電流和溶液透射率成正比關系；當濃度較高時開始偏離直線，可以用二次函數很好的擬合;但3*10—5摩爾/升的羅丹明B最大吸收峰波長處5毫米光程的透射率<40%，因此在通常測試濃度下，待測溶液濃度C和-ln(I/1)呈正比關系。因此可以通過硅光二極管的探測電流得到比色皿中待測溶液的吸光度，進而計算出待測溶液的濃度。
[0026]圖4為本發明裝置的動態響應曲線，使用抽吸栗抽速為10毫升/分鐘，測試方法為每隔50秒將進液管道口交替放入去離子水和特定濃度的染料溶液中。對單個上升或下降區間擬合后可以算出達到平衡的時間常數為5.7秒，或16秒可以上升或下降90%以上。和通常光催化測試時間30-100分鐘相比，基本可以忽略，也遠低于傳統方法取溶液所需的時間。而且實際測試中溶液濃度變化比較緩慢，因此響應時間也更短，比色皿中溶液和反應池中溶液濃度的差異也更小。增加抽吸栗抽速可以縮短動態響應時間，但比色皿中管道出口液體流速增加，對比色皿中溶液會造成較大擾動，增加背底噪聲。
[0027]本發明裝置利用硅光二極管測試透過比色皿的光照強度，計算出待測溶液的吸光度和濃度，并利用抽吸栗連續抽取待測溶液注入比色皿，通過將裝置連接計算機自動記錄待測溶液濃度的變化。其具有成本低、測試簡便、精確、可無人值守、采集數據點密集等優點。
[0028]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【主權項】
1.一種液相光催化測試裝置，其特征在于:包括比色皿、發光檢測電路和接收光檢測電路，還包括反應池;所述比色皿通過抽吸栗和連通管道與反應池形成循環回路;所述發光檢測電路包括多個波長不同的發光二極管，所述接收光檢測電路包括硅光二極管，所述發光二極管和硅光二極管對稱位于比色皿的兩側;所述比色皿呈密封。2.根據權利要求1所述的液相光催化測試裝置，其特征在于:所述比色皿為光程5mm或10mm、寬度1mm的長方體比色皿。3.根據權利要求1所述的液相光催化測試裝置，其特征在于:所述抽吸栗的抽取速度為2?20暈升/分鐘。4.根據權利要求1所述的液相光催化測試裝置，其特征在于:所述連通管道為聚四氟乙烯連通管道，所述連通管道的外徑為1.0?2.0毫米，管道壁厚為0.3?0.4毫米。5.根據權利要求1所述的液相光催化測試裝置，其特征在于:所述多個波長不同的發光二極管安裝于LED板上。6.根據權利要求1所述的液相光催化測試裝置，其特征在于:所述反應池下方設有磁力攪拌器。
【文檔編號】G01N21/75GK106053436SQ201610321094
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月13日
【發明人】洪昆權, 王文達, 歐慧靈
【申請人】東南大學