用于制备涂有催化剂的载体材料的方法和装置制造方法及图纸

用于制备纳米尺度催化剂颗粒的方法和装置，包括供给选自有机金属化合物、金属络合物、金属配位化合物及其混合物中的至少一种可分解部分到反应器容器（２０）内；暴露所述可分解部分到足以分解所述部分并产生纳米尺度颗粒的能量源；和沉积所述纳米尺度催化剂颗粒到载体（３０）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备纳米尺度催化剂金属颗粒尤其是非贵金属納米尺 度颗粒并将所述颗粒直接附着到载体材料上的方法和装置，尤其是以 连续方式。"非贵金属，，指不同于贵金属(通常被认为是金、银、柏、 钯、铱、铼、汞、钌和锇)之一的金属。通过实施本专利技术，能以比利 用常规处理所完成的更大精度、更快速度和更大灵活性制备纳米尺度 催化剂颗粒，并且制备的颗粒能以精确和成本节约的方式被直接附着 到载体材料上。
技术介绍
催化剂在现代化学处理中正变得普遍存在。催化剂用于材料如燃 料、润滑剂、制冷剂、聚合物、药物等的生产，以及在水和空气污染 緩解过程中起重要作用。事实上，催化剂被认为在美国物质国民生产总值的足足三分之一中起作用，如Alexis T. Bell在"The Impact of Nanoscience on Heterogeneous Catalysis" ( Science, 299巻,1688页， 2003年3月14日)中所述。一般而言，催化剂可被描述为沉积在高表面积固体上的小颗粒。 传统上，催化剂颗粒可为亚微米直到数十微米。Bell描述的一个例子 是汽车的催化转化器，其由壁涂有多孔氧化铝(氧化铝)薄涂层的蜂 窝组成。在催化转化器内部部件的生产中，用铂族金属催化剂材料的 纳米颗粒浸渍氧化铝基面涂层(wash coat )。事实上，目前使用的大多 数工业催化剂都包括柏族金属尤其是铂、铑和铱或碱金属如铯，有时 结合其它金属如铁或镍。这些催化剂金属域的大小被认为在它们的催化功能方面极其重 要。事实上，Bell也注意到，催化剂的性能可能受催化剂颗粒的粒度 影响很大，因为颗粒的性质如表面结构和电子性质会随着催化剂颗粒 的尺寸变化而变化。在Eric M. Stuve于2003年5月13日在Frontiers in Nanotechnology Conference, Department of Chemical Engineering of the University ofWashington提供的关于催化纳米技术的研究中，描述了总的看法在于， 在催化中使用纳米尺寸颗粒的优点归因于这样一个事实，即小颗粒的 可用表面积大于较大颗粒的可用表面积，因而通过使用这种纳米尺寸 催化剂材料在表面处提供了更多的金属原子使催化优化。但是，Stuve 指出，使用纳米尺寸催化剂颗粒的优点可能不只是简单地归因于尺寸 效应。更确切地，纳米颗粒的使用能表现出改进的电子结构和在纳米 颗粒中存在的具有真正小刻面的不同形状，这提供了可能有利于催化 的相互作用。实际上，Cynthia Friend在"Catalysis On Surfaces" (Scientific American, 1993年4月，74页)中断定了催化剂形状，更 具体而言指催化剂颗粒表面上原子取向，在催化中的重要作用。另外，不同的传质阻力也可能改善催化剂作用。因此，正寻求能在更灵活的 商业上有效的平台上用作催化剂的纳米尺寸金属颗粒的制备。此外， 正寻求纳米尺度颗粒的其它应用，不管是对于传统上用于催化的铂族 金属还是对于其它金属颗粒。但是，通常按两种方式制备催化剂。 一种这样的方法包括催化剂 材料被结合到载体颗粒如碳黑或其它类似材料的表面上，然后所述负 载有催化剂的颗粒自身被负载到需要催化的表面上。这种方法的 一 个 例子是在燃料电池场所中，其中负载有铂族金属催化剂的碳黑或其它 类似颗粒随后自身被负载到膜/电极界面处以催化分子氢分解成它的组 成质子和电子，得到的电子通过电路作为燃料电池产生的电流。通过 负载到载体颗粒上制备催化剂材料的一个主要缺点在于负载反应需要 的时间量，在一些情况下其可能以小时计。Yadav和Pfaffenbach在美国专利6716525中描述了在较粗糙的载 体粉末上分散纳米尺度粉末以便提供催化剂材料。Yadav和Pfaffenbach 的载体颗粒包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫属元素化物、 金属和合金。按照Yadav和Pfaffenbach,分散在载体上的纳米颗粒可 为多种不同材料中的任何，包括贵金属如铂族金属、稀土金属、通常 所说的半金属以及非金属材料，和甚至簇，如富勒烯、合金和纳米管。使用常规载体-颗粒负载的催化剂的另 一缺陷在于这样一个事实， 即施加这些材料到要使用的载体上的典型方法是通过形成颗粒在含氟 弹性体中的悬浮体然后刷涂该混合流体到载体上，然后"焙烧"悬浮体以将内含物结合到载体上，在载体表面上留下催化剂涂敷的载体颗粒的涂层。这种方法不允许有很大的精确度，导致在不需要或不希望 的位置处施加催化剂材料。考虑催化剂材料的成本，尤其是通常被认 为最有效的贵金属材料，施加催化剂的这种"刷涂，，方法极其不利。或者，制备催化剂材料的第二种常用方法包括在载体上直接负载 催化剂金属如铂族金属，不使用会干扰催化反应的载体颗粒。例如， 如上所述的许多汽车催化转化器具有直接负栽在形成转化器结构的氧 化铝蜂窝上的催化剂颗粒。但是，在载体结构上直接沉积催化金属所 需要的过程通常在极端温度和/或压力下进行。例如， 一种这样的过程为在超过1500。C的温度和高真空条件下的化学溅射。因此，这些过程难以操作且昂贵。因此，出现了Hobson选择或者使用最终没有效率的需要刷涂负 载有催化剂的载体混合物的方法，或者使用目前存在的昂贵且难度大 的直接沉积方法。对这种两难状况的部分解决方案在于纳米尺度非贵 金属的催化活性潜力。也即，相信，金属比如镍和铁，如果以纳米尺 度颗粒形式存在，可以有效地作为催化剂，这是因为非贵金属颗粒的 表面积和表面效应优势可以允许使用非贵金属比如镍、铁等作为催化 剂材料。尽管这在可能改善许多与贵金属成本有关的问题方面有意义， 但是"刷涂，，方法的低效率和直接沉积方法的成本和难度仍然存在。在提供纳米尺度催化剂颗粒的尝试中，Bert和Bianchini在国际专 利申请公布No. WO2004/036674中建议了使用模板树脂制备用于燃料 电池应用的纳米尺度颗粒的方法。但是，即使技术上可行，Bert和 Bianchini方法也需要高温(大约300°C-800°C ),并需要几个小时。因 此，这些方法具有有限的价值。采取不同的方法,Sumit Bhaduri在"Catalysis with platinum carbonyl clusters", Current Science,巻78, No.11, 2000年6月10曰中，断 定羰基铂簇(是指具有三个或更多个金属原子的多核羰基金属络合物) 具有作为氧化还原催化剂的潜力，但是Bhaduri的文献承认所述羰基化 物簇作为氧化还原催化剂的行为并没有完全了解。实际上，羰基金属 已经被认为在其它应用中用于催化。羰基金属也已经被用作例如无铅汽油中的防爆化合物。但是，羰 基金属的更有意义用途在于制备和/或沉积羰基化物(carbonyl)中存在 的金属，这是因为羰基金属通常被视为易分解和挥发，导致金属沉积和一氧化碳。一般而言，羰基化物为与一氧化碳结合的过渡金属，并具有通式Mx(CO)y,其中M为零氧化态的金属，x和y都为整数。尽管多数人认 为羰基金属为配位化合物，但金属-碳键的性质使部分人将它们归类为 有机金属化合物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备沉积在载体上的纳米尺度催化剂颗粒的方法，包括：　　　　ａ）供给选自有机金属化合物、金属络合物、金属配位化合物及其混合物中的至少一种可分解部分到反应器容器内；　　　　ｂ）暴露所述可分解部分到足以分解所述部分并产生纳米尺度催化剂颗粒的能量源；和　　　　ｃ）沉积所述纳米尺度催化剂颗粒到载体上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA默库里，
申请(专利权)人：戴雷克塔普拉斯专利及科技有限公司，
类型：发明
国别省市：CY[塞浦路斯]