电解液光催化过程的光源控制方法及控制系统与流程

本技术涉及光催化，尤其涉及一种电解液光催化过程的光源控制方法及控制系统。

背景技术：

1、光催化技术利用光能驱动化学反应，在环境治理和能源转化领域具有广阔前景。在相关应用体系中，光源是激发催化剂产生光生载电子的核心部件，其能耗通常占系统总能耗的60%以上。

2、目前普遍采用恒功率照射模式，即在整个反应周期内，光源以固定功率持续工作，这种模式存在显著缺陷。在反应初期，反应物浓度高，光催化反应速率快，恒高功率照射尚可接受，但到反应中后期，反应物浓度急剧下降，副产物可能积累，此时继续维持高功率照射，大部分光能并未用于有效的光催化反应，而是转化为热能或无用的散射光，造成巨大的能源浪费。同时，持续的高强度照射可能加速催化剂的光腐蚀或热失活，并诱发不必要的深度氧化等副反应，影响目标产物的选择性和收率。此外，恒功率运行导致反应体系温度持续偏高，可能影响反应平衡，并缩短光源和反应器相关材料的使用寿命。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种电解液光催化过程的光源控制方法及控制系统，旨在解决现有恒功率光源照射模式在光催化过程中存在的能源效率低下、催化剂易失活等技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提出一种电解液光催化过程的光源控制方法，应用于光催化装置，所述光催化装置包括用于光催化的光源，包括：

3、根据目标反应类型，确定反应过程中所需的光学特征参数；

4、获取反应过程中的反应参数与环境参数，并根据所述反应参数与环境参数，确定目标反应阶段以及与所述目标反应阶段对应的光源的预设功率范围；

5、基于所述反应参数与所述光学特征参数，调整所述光源的预设功率范围，生成并将所述光源的输出功率调节至目标功率；

6、其中，所述目标功率为目标功率范围或目标额定功率。

7、在一实施例中，所述根据目标反应类型，确定反应过程中所需的光学特征参数的具体步骤包括：

8、确定所述目标反应类型所需的光催化体系类型；

9、根据所述光催化体系类型，匹配并设定所述光源的输出光谱，以使所述输出光谱与所述光催化体系类型内的光活性组分的光吸收特征相适配。

10、在一实施例中，所述获取反应过程中的反应参数与环境参数，并根据所述反应参数与环境参数，确定目标反应阶段以及与所述目标反应阶段对应的光源的预设功率范围的之前步骤包括：

11、获取目标反应类型的历史反应参数；

12、根据所述历史反应参数的变化趋势，将所述反应过程划分为至少三个反应阶段，并为每个所述反应阶段设定对应的光源的预设功率范围；其中，每个所述反应阶段具有对应的反应参数范围；

13、获取与每个所述反应阶段对应的历史环境参数，以形成各反应阶段对应的环境参数范围。

14、在一实施例中，所述获取反应过程中的反应参数与环境参数，并根据所述反应参数与环境参数，确定目标反应阶段以及与所述目标反应阶段对应的光源的预设功率范围的具体步骤包括：

15、获取反应过程中的反应参数与环境参数；

16、将获取的所述反应参数与每个所述反应阶段所对应的反应参数范围进行匹配；

17、若所述反应参数与某一所述反应阶段所对应的反应参数范围匹配，则将获取的所述环境参数与当前反应阶段所对应的环境参数范围进行匹配；

18、若所述环境参数与当前反应阶段所对应的环境参数范围匹配，则将当前反应阶段确定为目标反应阶段，并获取所述目标反应阶段对应的光源的预设功率范围。

19、在一实施例中，所述获取反应过程中的反应参数与环境参数，并根据所述反应参数与环境参数，确定目标反应阶段以及与所述目标反应阶段对应的光源的预设功率范围的具体步骤还包括：

20、若所述反应参数与任一所述反应阶段所对应的反应参数范围均不匹配，或所述环境参数与当前反应阶段所对应的环境参数范围不匹配，则触发预设的异常处理策略；

21、所述异常处理策略包括维持光源在当前功率运行、将光源的输出功率调节至预设的安全功率或发出警报。

22、在一实施例中，所述反应阶段包括：

23、高功率启动阶段，对应的预设功率范围为第一功率范围；

24、自适应调节阶段，对应的预设功率范围为第二功率范围；

25、低功率维持阶段，对应的预设功率范围为第三功率范围；

26、其中，所述第一功率范围大于所述第二功率范围，所述第二功率范围大于所述第三功率范围。

27、在一实施例中，所述基于所述反应参数与所述光学特征参数，调整所述光源的预设功率范围，生成并将所述光源的输出功率调节至目标功率；其中所述目标功率为目标功率范围或目标额定功率的具体步骤包括：

28、根据所述反应参数与预设反应效率目标之间的偏差，计算功率调整量；

29、根据所述输出光谱与所述光活性组分的光吸收特征的匹配度，对所述功率调整量进行修正，得到修正后的功率调整量；

30、利用修正后的功率调整量对所述预设功率范围进行调节，以生成目标功率；其中所述目标功率为目标功率范围或目标额定功率；

31、将所述光源的输出功率调节至所述目标功率范围内或调节为目标额定功率。

32、在一实施例中，所述利用修正后的功率调整量对所述预设功率范围进行调节，以生成所述目标功率；其中所述目标功率为目标功率范围或目标额定功率的具体步骤包括：

33、若当前处于所述高功率启动段，则基于所述修正后的功率调整量在所述第一功率范围内确定一固定功率值，作为第一目标额定功率；

34、若当前处于所述自适应调节段，则基于所述修正后的功率调整量对所述第二功率范围的上下限进行偏移，以生成第二目标功率范围；

35、若当前处于所述低功率维持段，则基于所述修正后的功率调整量在所述第三功率范围内确定一固定功率值，作为第三目标额定功率。

36、在一实施例中，所述反应参数包括以下至少一种：反应物浓度、产物浓度、反应体系电流、电压、法拉第效率、光子通量；

37、所述环境参数包括以下至少一种：电解液温度、反应器内压力、光源自身温度、反应时间。

38、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种控制系统，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序配置为实现如上述的电解液光催化过程的光源控制方法的步骤。

39、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

40、本技术提出的电解液光催化过程的光源控制方法，首先依据目标反应类型确定光学特征参数，确保光源光谱与催化剂及反应体系匹配，以提升反应选择性与速率。其次，获取反应参数与环境参数，动态识别反应阶段并匹配相应的光源功率范围，使光照条件自适应反应进程变化。在反应中后期主动降低光源功率，有效减少因反应物浓度下降导致的无效光能浪费，同时抑制催化剂失活与副反应，提高目标产物的收率与选择性，从而克服传统固定光照模式的能量浪费问题。结合反馈信息对预设功率进行优化调整，将光源输出精确控制在最优功率区间，实现能量供给与反应需求的平衡，降低系统整体能耗。