微波催化剂载体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及微波催化剂领域，公开了一种微波催化剂载体及其制备方法，所述微波催化剂载体具有柱体结构，且沿所述载体的高度方向，所述载体分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3

【技术实现步骤摘要】
微波催化剂载体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微波催化剂领域，具体涉及一种微波催化剂载体及其制备方法。

技术介绍

[0002]微波是一种电磁波，处于微波辐照下的物质分子中，局部带电的偶极分子会在微波的快速变化的电磁场变化中发生快速的振动，分子之间的相互碰撞和摩擦就能使物质自身温度升高，是一种高效而清洁的加热能源，将高强度的连续或脉冲微波辐射聚焦到某些特定的固体催化剂床层上，微波就能激发催化剂中活性位点产生能量，一方面催化反应的发生，另一方面还可从反应体系内部为反应提供所需能量，可以有效将低反应温度，为现有技术中催化反应的高能耗和物耗提供了一种绿色高效的解决方案。
[0003]当前石化工业应用使用催化剂载体通常为片状、环状、球形等等，为克服传统催化剂载体床层空隙小和压降大的缺陷，CN201871380U公开了一种空心齿球型载体的设计，虽能提高催化剂床层空隙率，降低催化剂床层压降，但是也降低了反应过程中催化剂与反应物之间的传质和传热作用。因此，亟需寻找一种适用于微波催化的、具有高床层空隙率、低压降，利于催化剂与反应物之间的传质和传热的新型催化剂载体。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的催化剂载体床层空隙小和压降大、催化剂与反应物之间的传质和传热作用差的问题，提供一种微波催化剂载体及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种微波催化剂载体，其中，所述载体具有柱体结构，且沿所述载体的高度方向，所述载体分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
‑
23个/cm2的通孔；
[0006]其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置；
[0007]其中，所述载体选自碳、合金材料、金属、陶瓷中的一种或多种。
[0008]本专利技术另一方面提供一种上述载体的制备方法，其中，通过3D打印技术制备所述载体，包括：设计包括多层具有蜂窝结构的载体的三维立体模型并编写程序，将打印基料加入3D打印机物料筒中，按照所述程序进行3D打印出所述载体；
[0009]其中，所述打印基料选自热塑性塑料、合金材料、金属、陶瓷粉末中的至少一种。
[0010]本专利技术提供的微波催化剂载体分成n层蜂窝结构，床层孔隙率高，床层压降小，与惰性气体间的传热效率高。
[0011]本专利技术采用3D打印方法制备催化剂载体，材料覆盖范围广，微观结构可设计，便于控制和优化材料的结构和活性位点的分步，制备工艺简单可控，稳定性高。
附图说明
[0012]图1是实施例1中3D打印制备的催化剂载体微观结构逐层拆解的示意图；
[0013]图2是实施例1中3D打印制备的催化剂载体从载体顶部观察的上下两层蜂窝结构
的孔偏移结构示意图。
具体实施方式
[0014]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0015]本专利技术中，如无相反说明，说明书中术语“高度方向”是指载体具有的柱体的中心轴延伸方向，“载体顶部”为垂直于柱体中心轴的柱体的两端面，使用的方位词如“上、下”是指沿高度方向的相对位置。
[0016]本专利技术一方面提供了一种微波催化剂载体，其中，所述载体具有柱体结构，且沿所述载体的高度方向，所述载体分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
‑
23个/cm2的通孔；
[0017]其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置；
[0018]其中，所述载体选自碳、合金材料、金属、陶瓷中的一种或多种。
[0019]本专利技术中提供的载体分成n层蜂窝结构，蜂窝结构具有垂直分布的通孔，相邻的蜂窝结构的通孔为错位设置，形成曲折的微流道，例如，沿高度方向，所述载体分成6层蜂窝结构，逐层拆解的示意图如图1所示，其中，每层蜂窝结构孔密度为14
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15个/cm2；任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构的孔中心相对于上层蜂窝结构的对应孔中心沿孔边长方向偏移，偏移量为孔边长的0.1
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0.8倍，例如，从载体顶部观察可见的上下两层蜂窝结构的孔偏移如图2所示。在提高载体空隙率的同时，利用各蜂窝结构的交错的孔壁提供更多的活性位点，可以实现床层分段分区域反应，防止局部过热。
[0020]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述蜂窝结构的层数n为4
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12，优选为6
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10。在上述优选的条件下，有利于提升催化剂与物料接触效率。
[0021]根据本专利技术，所述蜂窝结构的通孔可以选为任意规则的开孔形状，优选地，所述蜂窝结构的通孔选自截面为圆形、正三角形、正方形、正六边形的通孔中的一种或多种。在上述优选的情况下，可以获得更大的比表面积，进一步增加载体的活性位点。
[0022]根据本专利技术，对于任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置的方向没有具体的限定，只要满足上述结构要求即可。具体地，任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构的孔中心相对于上层蜂窝结构的对应孔中心的偏移方向可以相同或不同。例如，沿所述载体高度方向，每个蜂窝结构层的孔中心可以沿相同方向依次偏移，形成阶梯状部分重叠的蜂窝孔结构。优选地，任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构所具有的通孔的孔中心，相对于上层蜂窝结构中对应的通孔的孔中心，沿通孔的孔边长或孔直径方向偏移。
[0023]根据本专利技术的一种优选的实施方式，其中，所述蜂窝结构的孔中心的偏移量为孔边长或孔直径的0.1
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0.9倍，优选为0.1
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0.5倍，进一步优选为0.1、0.125、0.25、0.33、0.5倍。
[0024]根据本专利技术，所述载体的尺寸大小可以依据具体的催化反应要求进行调控，例如，所述载体可以作为整体式的蜂窝载体进行装填或使用小尺寸的载体颗粒进行填充。当作为
小尺寸的载体颗粒进行填充时，所述载体的直径优选为5
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10mm，高度为5
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10mm；进一步优选地，所述载体的直径为6
‑
8mm，高度为6
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8mm。在上述优选的情况下，有利于提高整体催化系统的空隙率并降低堆积密度，进一步有利于降低反应器压降，提高反应空速。
[0025]根据本专利技术，对所述载体材质的选择范围较宽，优选地，所述合金材料选自钛合金、铝合金、铜合金、锌合金、铅锡合金、锰铁合金、碳钢合金、硅铁合金、钾钠合金、镍合金中的一种或多种；进一步优选为钛合金、铜合金、镍合金中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的一种优选的实施方式，所述金属选自VIII或IB族金属中的一种或多种；优选为铁、钴、镍、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波催化剂载体，其特征在于，所述载体具有柱体结构，且沿所述载体的高度方向，所述载体分成n层蜂窝结构，其中，n≥4，每层蜂窝结构具有孔密度为3
‑
23个/cm2的通孔；其中，任意相邻的两层蜂窝结构各自所具有的通孔之间相互错位设置；其中，所述载体选自碳、合金材料、金属、陶瓷中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的载体，其中，所述蜂窝结构的层数n为4
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12，优选为6
‑
10；和/或，所述蜂窝结构的通孔选自截面为圆形、正三角形、正方形、正六边形的通孔中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的载体，其中，任意相邻的两层蜂窝结构中，下层蜂窝结构所具有的通孔的孔中心，相对于上层蜂窝结构中对应的通孔的孔中心，沿通孔的孔边长或孔直径方向偏移；优选地，偏移量为孔边长或孔直径的0.1
‑
0.9倍，优选为0.1
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0.5倍。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的载体，其中，所述载体的直径为5
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10mm，高度为5
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10mm；优选地，所述载体的直径为6
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8mm，高度为6
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8mm。5.根据权利要求1
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4中任意一项所述的载体，其中，所述合金材料选自钛合金、铝合金、铜合金、锌合金、铅锡合金、锰铁合金、碳钢合金、硅铁合金、钾钠合金、镍合金中的一种或多种；优选为钛合金、铜合金、镍合金中的至少一种；和/或，所述金属选自VIII或IB族金属中的一种或多种；优选为铁、钴、镍、铜、钯、银、金、铂、铑、钌中的一种或多种；进一步优选为镍、铜、钯、铂中的至少一种；和/或，所述的陶瓷选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、二氧化钛、碳化硅中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蔚，周先锋，王国清，张利军，彭晖，张兆斌，蒋冰，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：