【技术实现步骤摘要】
本技术涉及催化剂的生产装置，尤其是连续生产高活性高耐久性的具有特定形貌的多中心单原子催化剂的装置。
技术介绍
0、技术背景
1、质子交换膜燃料电池凭借其自身的高能量密度、高能量利用率、极佳的便捷性，以及零排放和可再生等优点在能源领域受到广泛关注。然而，阴极氧还原反应缓慢的动力学速率以及高的热力学反应势垒极大的限制了燃料电池的进一步发展，虽然传统的商业化pt/c催化剂能够降低这一反应势垒，但是高昂的催化剂成本又使得燃料电池不能进一步推广使用。幸运的是，具有空3d电子轨道的过渡金属m(特别是fe、co、mn)能够负载在c基载体上借助n形成单原子分散的结构，并以适中的作用强度高效的在酸性体系下完成氧化还原反应，可替代pt基贵金属催化剂。目前，主流的基于金属有机框架(mof)所形成的具有m-n-c活性中心的单原子催化剂是最具有竞争性的，能够在酸性体系下表现出与pt基催化剂相媲美的催化活性。但是原位制备含有过渡金属元素的金属有机框架，在大规模生产过程中通常无法取得理想的结果，并且由于不同过渡金属所形成金属有机框架的难易程度不同，因此更难以在合成过程中完成对于高载量单原子的分散。同时，高催化活性单原子催化活性位点往往需要更严苛的实验条件，例如借助软硬模板法，再或者是高温高压的环境，繁琐的反应步骤得到具有特定尺寸、特定形貌的mof材料，再通过气相沉积，或者是多温度梯度来完成原子级别分散催化剂的制备，均不利于后期低成本低贵金属载量燃料电池的开发。因此，如何简易、有效的完成单原子的分散并制备出高催化活性的单原子分散的催化剂，对于未来燃
技术实现思路
1、本技术是要解决现有的燃料电池单原子催化剂的制备条件严苛、分散困难的技术问题，而提供一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，该装置具有可以连续工作、操作简单、成本较低、产能高效、高适配性的特点，可以基于碳基前驱体(mof、水凝胶、各种多孔碳基材料)制备出具有单原子分散尺度、催化活性高、耐久性好的优质多中心单原子催化剂，并且生产效率高，原子单分散程度高，可以进行大规模多催化活性中心催化剂的批量生产。
2、本技术的连续制备多中心单原子催化剂的装置，包括舱体1、进料斗2、第一螺旋输送器3、混合分散器4、第二螺旋输送器5、干燥器6、第三螺旋输送器7、液体原料储罐8、输送泵9、抽气泵10；
3、进料斗2、第一螺旋输送器3、混合分散器4、第二螺旋输送器5、干燥器6和第三螺旋输送器7均设置在舱体1内；同时在舱体1侧壁的上、下端两端各开一个口；用于通入惰性气氛或连接真空泵，保证整个分散过程和烘干过程中的稳定性；
4、其中混合分散器4的上部为圆柱体，下部为圆锥体，混合分散器4的内部设置搅拌器4-1；
5、在混合分散器4侧壁上端设置进料口4-2；进料斗2与第一螺旋输送器3相连接；第一螺旋输送器3与混合分散器4的进料口4-2相连接；
6、在混合分散器4的侧壁上部设置液体喷入口4-3；液体原料储罐8经输送泵9与混合分散器4的液体喷入口4-3相连接；
7、在混合分散器4的下端设置排料口4-4；混合分散器4的侧壁下端还设置有湿度检测器4-5；
8、干燥器6的上部为圆柱体，下部为圆锥体，干燥器6的圆柱体外表面设置加热管6-2；
9、在干燥器6的侧壁上端设置入料口6-2；混合分散器4的排料口4-4与第二螺旋输送器5、干燥器6的入料口6-2依次连接；
10、在干燥器6的侧壁上部设置抽气口6-3；抽气泵10与干燥器6的抽气口6-3相连接；
11、在干燥器6的下端设置出料口6-4；出料口6-4与第三螺旋输送器7相连接；
12、干燥器6的侧壁下端还设置有温度检测器6-5。
13、更进一步地，连续制备多中心单原子催化剂的装置，还包括第一插板11、第二插板12、第三插板13、第四插板14；第一插板11设置在进料斗2的顶端；用于进料完毕后盖住进料斗2；第二插板12设置在混合分散器4的圆柱体与圆锥体之间；用于控制物料在混合分散器4的停留时间；第三插板13设置在第二螺旋输送器5与干燥器6入料口6-2之间的管段上；用于控制物料的输送速度；第四插板14设置在干燥器6的圆柱体与圆锥体之间；用于控制物料在混合分散器4的停留时间。
14、更进一步地，在液体喷入口4-3处设置高压雾化喷头；提高液体分散度，使液体与固体混合更均匀。
15、更进一步地，在液体喷入口4-3有2～4个，沿圆周对称布置。
16、更进一步地，在抽气口6-3处设置过滤挡板；以免在抽出干燥器6内气体时将物料带出。
17、更进一步地，连续制备多中心单原子催化剂的装置还包括热处理设备；其中热处理设备为管式炉或焦耳加热炉；热处理设备与第三螺旋输送器7相连接；将热处理设备与第三螺旋输送器原位串联起来，可直接进行后续的热处理操作。
18、本技术的连续制备多中心单原子催化剂的装置的工作原理如下：
19、一、将舱体内充入惰性气体或抽真空；将前驱体粉末加入到进料斗2中，经过第一螺旋输送器3输送到混合分散器4中，在搅拌器的搅拌作用下前驱体粉末在混合分散器4中均一的翻转，同时液体原料储罐8中的金属盐溶液经输送泵9输送并经喷头喷入混合分散器4中，借助固液两相之间自发的熵增原理，完成金属盐在前驱体上的单原子分散，当湿度检测器检测达到设定的湿度后，由第二螺旋输送器5将物料输送至干燥器6；其中前驱体粉末为多孔碳；金属盐溶液是以甲醇和去离子水体积比1：1的混合液为溶剂，加入金属盐和螯合剂混合均匀后得到的；其中螯合剂为单氰胺、乙二胺四乙酸二钠、双氰胺、三聚氰胺、噻吩或邻菲罗啉；金属盐为铁盐、钴盐、锰盐、镍盐或铜盐；
20、二、干燥器6通过加热管6-2将干燥器6内温度控制在60～120℃并保持4～5h，同时开启抽气泵10抽气，反应结束后，经第三螺旋输送器7输出，得到多中心单原子催化剂或多中心单原子催化剂前驱体。
21、该设备以多孔碳为前驱体粉末时，得到的产品为多中心单原子催化剂。如果前驱体粉末为mof、水凝胶或有机前驱体时，得到的产品为多中心单原子催化剂前驱体，多中心单原子催化剂前驱体将经第三螺旋输送器7输出后再加入到热处理设备中进行热处理，也可以得到多中心单原子催化剂。
22、本技术的连续制备多中心单原子催化剂的装置在工作时，前驱体粉末先送到混合分散器4内伴随着旋转轴完成均一的翻转，同时，配制好的金属盐溶剂从通过高压雾化喷头喷入完成分散，并进一步借助固液两相之间自发的熵增原理，完成金属盐在前驱体上的单原子分散，在混合分散器4下端有湿度检测器，达到设定值后，才完成前驱体的转移；在达到设定的湿度后转移到干燥器，进入干燥器后，在舱体内惰性气氛下通过周边的加热丝加热完成干燥处理，干燥仓内的温度检测探头对干燥温度进行实时监控；最终，通过输送出来，得到产品，如果需要进一步热解处理的前驱体，可进一步转入热处理设备。...
【技术保护点】
1.一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，该装置包括舱体(1)、进料斗(2)、第一螺旋输送器(3)、混合分散器(4)、第二螺旋输送器(5)、干燥器(6)、第三螺旋输送器(7)、液体原料储罐(8)、输送泵(9)、抽气泵(10)；
2.根据权利要求1所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，该装置还包括第一插板(11)、第二插板(12)、第三插板(13)、第四插板(14)；第一插板(11)设置在进料斗(2)的顶端；第二插板(12)设置在混合分散器(4)的圆柱体与圆锥体之间；第三插板(13)设置在第二螺旋输送器(5)与干燥器(6)入料口(6-2)之间的管段上；第四插板(14)设置在干燥器(6)的圆柱体与圆锥体之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，液体喷入口(4-3)有2～4个，沿圆周对称布置。
4.根据权利要求1或2所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，在液体喷入口(4-3)处设置高压雾化喷头。
5.根据权利要求1或2所述的一种连续制备多中心单原子
6.根据权利要求1或2所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，该装置还包括热处理设备，热处理设备与第三螺旋输送器(7)相连接。
7.根据权利要求6所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，其中热处理设备为管式炉或焦耳加热炉。
...【技术特征摘要】
1.一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，该装置包括舱体(1)、进料斗(2)、第一螺旋输送器(3)、混合分散器(4)、第二螺旋输送器(5)、干燥器(6)、第三螺旋输送器(7)、液体原料储罐(8)、输送泵(9)、抽气泵(10)；
2.根据权利要求1所述的一种连续制备多中心单原子催化剂的装置，其特征在于，该装置还包括第一插板(11)、第二插板(12)、第三插板(13)、第四插板(14)；第一插板(11)设置在进料斗(2)的顶端；第二插板(12)设置在混合分散器(4)的圆柱体与圆锥体之间；第三插板(13)设置在第二螺旋输送器(5)与干燥器(6)入料口(6-2)之间的管段上；第四插板(14)设置在干燥器(6)的圆柱体与圆锥体之间。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋旭磊，袁隆基，李旗，王振波，高棋，顾大明，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：
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