【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂，具体涉及一种整体型催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、传统颗粒状催化剂存在着孔隙率低、催化剂床层压降大、催化剂床层各点温度梯度大、催化剂积碳严重等问题。为了解决以上问题，进一步提升催化剂的反应性能，研究人员提出了整体型催化剂，整体型催化剂克服了传统颗粒状催化剂的不足，但由于受制于制造工艺，现有整体型催化剂的比表面积、强度需进一步提升，制造工艺流程有待简化。
2、增材制造技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形问题。虽然目前已有一些采用增材制造技术制备催化剂制备整体型催化剂的研究，但活性成分多采用浸渍的方式与基体结合，存在工艺繁琐、结合力小、使用寿命短、不利于长时间的高压反应的问题。
3、现有技术cn112058317a公开了一种3d打印整体式催化剂的方法，将设计的整体式催化剂的三维模型切片后导入螺杆挤出3d打印机中，对整体式催化剂的表面区域层采用催化活性组分浆料3d打印，对内部骨架区域采用陶瓷浆料3d打印。现有技术为了保证表面区域层粘贴在内部骨架上，避免表面活性组分剥离脱落，在活性组分浆料中添加了大量粘结剂、分散剂等助剂，导致表面区域层活性成分含量降低。
技术实现思路
1、因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中整体型催化剂表层的活性组分较易发生脱落的缺陷，从而提供一种整体型催化剂及其制备方法。
2、为此，
3、第一方面，本专利技术提供了一种整体型催化剂，包括催化部分和支撑部分，所述催化部分设置在所述支撑部分表面，所述催化部分与支撑部分设置有重叠区域。所述重叠区域是指重复进行了催化部分激光增材制造工艺和支撑部分的激光增材制造工艺的区域。
4、进一步的，所述催化部分和支撑部分均通过激光增材制造工艺进行制备。
5、进一步的，所述重叠区域厚度≤支撑单元结构支柱截面直径的20％。重叠区域厚度可根据需要进行设计，为保证支撑结构的强度，重叠量不高于支撑单元结构支柱截面直径的20％。
6、进一步的，支撑部分由支撑单元结构阵列后形成，支撑单元结构为多孔结构，优选为点阵结构或拓扑优化结构。
7、进一步的，所述催化部分包覆在所述支撑部分表面，或
8、所述催化部分在支撑部分表面形成肋片。
9、进一步的，所述催化部分由催化单元结构阵列后形成。
10、进一步的，催化单元结构与支撑单元结构的阵列方式相同。
11、进一步的，所述点阵结构为体心立方点阵结构、面心立方点阵结构、四面体点阵结构、钻石型点阵结构、拱形桁架点阵结构中的一种；
12、可选地，所述点阵结构支柱截面外轮廓为多边形或流线形；
13、可选地，所述多边形为正方形或三角形；
14、可选地，所述流线形为圆形。
15、进一步的，催化部分材料包括镍、铜、钴、铁、钛、钒、铈或锆中的至少一种；
16、和/或，
17、支撑部分材料包括镍、铜、钴、铁、钛、钒、铈或锆中的至少一种。
18、催化部分的孔隙率＞支撑部分的孔隙率。
19、进一步的，可在催化部分表面再设置肋片，进一步增大催化剂的比表面积。
20、进一步的，支撑部分和催化部分选用不同的粉末进行制造，可以进一步降低贵金属催化剂的成本。
21、进一步的，所述催化部分材料还包括粘结材料。
22、进一步的，催化部分材料和支撑部分材料分别可以是镍、铜、钴、铁、钛、钒、铈或锆的纯金属，也可以是包括上述元素的合金。
23、进一步的，所述催化部分材料和/或支撑部分材料为粉末；优选的，所述粉末粒径为10～500um。
24、第二方面，本专利技术提供了一种整体型催化剂的制备方法，包括以下步骤：
25、步骤1、分别设计催化部分和支撑部分的模型，并设计催化部分和支撑部分的重叠量；
26、步骤2、将催化部分和支撑部分的模型分别导入激光增材制造设备，按照设计的重叠量对催化部分和支撑部分的模型位置进行调整；
27、步骤3、分别设置支撑部分和催化部分的激光增材制造工艺参数并进行制备，制得整体型催化剂。
28、进一步的，所述步骤3中，制备催化部分的激光扫描间距大于制备支撑部分的激光扫描间距；
29、和/或制备催化部分的激光扫描速度大于制备支撑部分的激光扫描速度。
30、进一步的，步骤2中，按照设计的重叠量对催化部分和支撑部分的模型位置进行调整后，对催化部分和支撑部分的模型分别进行切片处理；
31、优选地，催化部分的切片厚度为支撑部分切片厚度的整数倍，优选为1～3倍。
32、进一步的，所述激光增材制造工艺为激光选区熔化工艺、激光选区烧结工艺或激光定向能量沉积工艺。
33、进一步的，所述激光选区熔化工艺包括：
34、根据设置的支撑部分和催化部分的激光增材制造工艺参数分别对支撑部分加工区域和催化部分加工区域进行扫描。
35、优选的，每层每一层制造时，当既有支撑部分加工区域又有催化部分加工区域时，先扫描支撑部分加工区域，再扫描催化部分加工区域。先扫描支撑部分有利于提高催化剂整体力学性能和尺寸精度。
36、可选地，所述支撑部分和催化部分的材料相同。
37、进一步的，所述激光定向能量沉积包括：
38、将支撑部分和催化部分的材料分别装入同轴送粉增材制造设备不同的粉仓，根据设置的支撑部分和催化部分的激光增材制造工艺参数分别对支撑部分加工区域和催化部分加工区域进行送粉及激光扫描；
39、可选地，所述支撑部分和催化部分的材料相同或不同。
40、采用送粉式增材制造技术对催化剂进行制造时，分别完成支撑部分和催化部分的建模后，将二者分别导入铺粉式增材制造设备，按照设计重叠量对二者的位置进行调整，为保证支撑部分的强度，并提高催化部分的孔隙率，可以对支撑部分和催化部分用不同的送粉速度。优选地，制造过程中，支撑部分的送粉速率大于催化部分的送粉速率。
41、激光定向能量沉积工艺可为送粉或送丝。
42、支撑部分是催化剂强度的保障，因此支撑部分加工区域的制造工艺参数采用机器推荐最优参数，制造具有高致密度的支撑结构。所述的机器推荐最优参数是指增材制造设备内置的针对不同材料的推荐最优工艺参数。催化部分是催化剂的活性部分，催化部分加工区域通过增大激光扫描速度、增大扫描间距等手段调整工艺参数，制造致密度低、富含空隙裂纹的催化结构。
43、本专利技术技术方案，具有如下优点：
44、1.本专利技术提供的整体型催化剂，包括催化部分和支撑部分，所述催化部分设置在所述支撑部分表面，所述催化部分与支撑部分设置有重叠区域。
45、本专利技术整体型催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种整体型催化剂，其特征在于，包括催化部分和支撑部分，所述催化部分设置在所述支撑部分表面，所述催化部分与支撑部分设置有重叠区域。
2.根据权利要求1所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分和支撑部分均通过激光增材制造工艺进行制备。
3.根据权利要求1所述的整体型催化剂，其特征在于，支撑部分由支撑单元结构阵列后形成，支撑单元结构为多孔结构，优选为点阵结构或拓扑优化结构。
4.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述重叠区域厚度≤支撑单元结构支柱截面直径的20％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分包覆在所述支撑部分表面，或
6.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分由催化单元结构阵列后形成。
7.根据权利要求6所述的整体型催化剂，其特征在于，催化单元结构与支撑单元结构的阵列方式相同。
8.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述点阵结构为体心立方点阵结构、面心立方点阵结构、四面体点阵结构、钻石型点阵结构、拱形桁架点
9.根据权利要求1-4任一项所述的整体型催化剂，其特征在于，催化部分材料包括镍、铜、钴、铁、钛、钒、铈或锆中的至少一种；
10.一种整体型催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.根据权利要求10所述的整体型催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，制备催化部分的激光扫描间距大于制备支撑部分的激光扫描间距；
12.根据权利要求10所述的整体型催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，按照设计的重叠量对催化部分和支撑部分的模型位置进行调整后，对催化部分和支撑部分的模型分别进行切片处理；
13.根据权利要求10-12任一项所述的整体型催化剂的制备方法，其特征在于，所述激光增材制造工艺为激光选区熔化工艺、激光选区烧结工艺或激光定向能量沉积。
14.根据权利要求13所述的整体型催化剂的制备方法，其特征在于，所述激光选区熔化工艺包括：
15.根据权利要求13所述的整体型催化剂的制备方法，其特征在于，所述激光定向能量沉积包括：
...【技术特征摘要】
1.一种整体型催化剂，其特征在于，包括催化部分和支撑部分，所述催化部分设置在所述支撑部分表面，所述催化部分与支撑部分设置有重叠区域。
2.根据权利要求1所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分和支撑部分均通过激光增材制造工艺进行制备。
3.根据权利要求1所述的整体型催化剂，其特征在于，支撑部分由支撑单元结构阵列后形成，支撑单元结构为多孔结构，优选为点阵结构或拓扑优化结构。
4.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述重叠区域厚度≤支撑单元结构支柱截面直径的20％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分包覆在所述支撑部分表面，或
6.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述催化部分由催化单元结构阵列后形成。
7.根据权利要求6所述的整体型催化剂，其特征在于，催化单元结构与支撑单元结构的阵列方式相同。
8.根据权利要求3所述的整体型催化剂，其特征在于，所述点阵结构为体心立方点阵结构、面心立方点阵结构、四面体点阵结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁若晨，唐博进，蔺新星，钟声远，郑志美，钟舸宇，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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